Mechanical inc.
Ingeniería: avances científicos para mejorar los materiales
Modelos matemáticos ayudan a comprender mecanismos de deformación y rotura
Resumen
la Mecánica es la rama de la ciencia que estudia el movimiento de la materia. En tanto, la Mecánica Racional se refiere a una formulación deductiva de la Mecánica basada en principios matemáticos. “Es la base de todas las ciencias de la Ingeniería: campos tales como las teorías de estructuras y de elementos de máquinas
Abstract
Mechanics is the branch of science that studies the motion of matter. Meanwhile, Rational Mechanics refers to a deductive formulation of mechanics based on mathematical principles. "It is the basis of all sciences Engineering fields such as theories of structures and machine elements
Desarrollo del articulo
Al hablar de aeronáutica uno puede pensar en el estudio, diseño y construcción de aparatos mecánicos capaces de elevarse en vuelo, así como en el conjunto de las técnicas que permiten el control de las aeronaves. Sin embargo, es una disciplina mucho más amplia que engloba otros aspectos.
En el Departamento de Aeronáutica de la Facultad de Ingeniería desarrollan modelos matemáticos para estudiar el comportamiento de materiales. El trabajo es realizado por el Dr. Ing. Martín Ignacio Idiart, un joven investigador que, en el año 2011, fue premiado por la Universidad Nacional de La Plata por su labor científica.
El Dr. Idiart es Investigador Adjunto del Conicet y Profesor Adjunto de la cátedra “Mecánica Racional” de la Facultad de Ingeniería de la UNLP, una asignatura que se dicta para los alumnos de las carreras de Aeronáutica, Mecánica y Electromecánica.
¿Qué es la Mecánica Racional? “Es una pregunta que hace mucha gente, como si hubiera una mecánica irracional”, reflexiona el ingeniero aeronáutico. “Es una denominación antigua que probablemente adoptamos de países mediterráneos como Italia, España y Francia, pero que en otros países como los Estados Unidos y el Reino Unido ha caído en desuso”, agrega.
Según el investigador, la Mecánica es la rama de la ciencia que estudia el movimiento de la materia. En tanto, la Mecánica Racional se refiere a una formulación deductiva de la Mecánica basada en principios matemáticos. “Es la base de todas las ciencias de la Ingeniería: campos tales como las teorías de estructuras y de elementos de máquinas, la resistencia de materiales y la aerodinámica se basan en conceptos y principios propios de la Mecánica Racional como pueden ser la fuerza, la potencia o las famosas Leyes de Newton. Es una asignatura troncal y suele resultar muy complicada para los alumnos”, dice.
Mecánica de sólidos
Resumen
Para el ingeniero el comportamiento del material es precisamente lo que define su utilidad, y al comprender la relación entre los comportamientos y los mecanismos que los originan uno puede diseñar materiales con propiedades determinadas. Por ejemplo, una aplicación podría requerir un material con una cierta combinación de resistencia a la rotura y conductividad térmica que no se encuentre en los materiales comúnmente utilizados
Abstract
To engineer the material behavior is precisely what defines their utility, and understand the relationship between behavior and the mechanisms that originate one can design materials with specific properties. For example, an application may require a material with a certain combination of tear resistance and thermal conductivity that is not commonly used in materials
Desarrollo del articulo
La línea de investigación del joven ingeniero está relacionada con lo que se denomina Mecánica de Sólidos. “Lo que hago es estudiar los mecanismos mediante los cuales se deforman los materiales. Una deformación es un desplazamiento relativo entre puntos que conforman un cuerpo y, por lo tanto, implica un movimiento de materia”, explica. Con sus modelos, el investigador intenta predecir cómo varían propiedades tales como la rigidez o la resistencia a la rotura de un material conforme cambia su microestructura. Se busca, por ejemplo, poder predecir cómo aumenta la resistencia a la rotura de un polímero cuando se le agregan partículas micrométricas de un material más duro como un metal o un cerámico, o por el contrario, cómo baja esa resistencia con la presencia de poros.
¿Para qué resulta útil conocer el comportamiento de un material? “Para el ingeniero el comportamiento del material es precisamente lo que define su utilidad, y al comprender la relación entre los comportamientos y los mecanismos que los originan uno puede diseñar materiales con propiedades determinadas. Por ejemplo, una aplicación podría requerir un material con una cierta combinación de resistencia a la rotura y conductividad térmica que no se encuentre en los materiales comúnmente utilizados”, indica. “En ese caso, uno puede recurrir a modelos matemáticos para identificar dos o más materiales que al ser combinados den como resultado un material compuesto con las propiedades requeridas.”
Por otro lado, los modelos matemáticos desarrollados por el Dr. Idiart encuentran utilidad en otras áreas de la Ingeniería como la optimización de procesos de fabricación (por ejemplo, el conformado de chapas metálicas para aviones o automóviles) e incluso en áreas ajenas a esa disciplina como la Geología, donde se utilizan para estudiar el movimiento de los glaciares o del manto terrestre.
Cabe mencionar que, con tan solo 34 años de edad, el Dr. Idiart se graduó como Ingeniero Aeronáutico de la UNLP en el año 2001, se doctoró en Ingeniería Mecánica de la Universidad de Pensilvania (Estados Unidos) y de la Escuela Politécnica de Paris (Francia) en el año 2006, se desempeñó como Investigador Asistente de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) durante el año 2007, y finalmente se incorporó como Profesor de la Universidad platense en el año 2008. La distinción que le otorgó la UNLP el año pasado fue el "Premio a la labor Científica, Tecnológica y Artística", en la categoría de Investigador Joven.
Diseño, construcción y calibración de un sistema automatizado para la separación de minerales pesados
Resumen
En este artículo se presenta el diseño, la construcción, puesta en marcha y calibración del Sistema Automatizado para la Separación de Minerales Pesados (SASMP) que procesa grandes volúmenes de rocas y sedimentos. Éste tiene por finalidad: hacer una concentración mineral primaria, que posteriormente será refinada y cuyos granos finales de minerales pesados (apatito, circón, esfenas, entre otros) serán utilizados bajo la Técnica del Detector Externo (TDE) para su fechado por el Método de Huellas de Fisión (MHF), utilizado en el Laboratorio de Termocronología de la UCV. Este trabajo, es el resultado de un esfuerzo interdisciplinario entre ingenieros geólogos, matemáticos, ingenieros mecánicos y técnicos en metalurgia, con la finalidad de acelerar los procesos de concentración de minerales pesados para su posterior fechado por el MHF
Abstract
In this article is presented the design, construction, setting in operation and calibration of the Automated System for the Separation of Heavy Minerals (ASSHM). This equipment processes big volumes of rocks and silts with the purpose of accomplishing a primary mineral concentration thatlater will be refined and whose final grains of heavy minerals (apatite, zircon, sphene, among other) they will be used under the External Detector Technique (EDT) for its dating by the Fission Tracks Dating Method (FTDM) used in the Thermochronology Laboratory of the UCV. This work is the result of an interdisciplinary effort between geologists, mathematicians, mechanical engineers and technicians in metallurgy.
Desarrollo del articulo
La separación, concentración y beneficio de minerales es una técnica usada con frecuencia en Ingeniería de Minas para la obtención de minerales específicos (Barraza, L y Menco, J., 1997; Kelly, E.G. y Spottishwood, D.J. 1982; MulakA.L. y Bhappu, R.B., 1982). Sin embargo, esta área esusada con frecuencia en Geología para la concentración de ciertos minerales, que proporcionan información geológica de determinada región. Tal es el caso, de los minerales accesorios: apatitos, circón y esfenas, quienes reciben el nombre de accesorios porque se encuentran en muy pequeñas cantidades dentro de cuerpos de rocas: ígneas, metamórficas y sedimentarias. Estos minerales contienen alto contenido de Uranio-238 en su estructura interna, y por ende, pueden ser fechados por el Método de Huella de Fisión (Bermúdez, M., Alson, P., y Mora, J., 2005; Wagner G.y Van Den Haute P., 1992) utilizado en el Laboratorio de Termocronología de la UCV para conocer la edad y paleotemperaturas del último evento tectotérmico ocurrido en la región donde se encontraban.
Con el propósito de concentrar minerales para este último fin, es necesario procesar grandes cantidades de rocas. En el caso particular (Agostini, A., 2004) de apatitos detríticos en areniscas de las formaciones Isnotú y Betijoque del Estado Trujillo, se necesitan por lo menos cincuenta (50) kilogramos de sedimentos para obtener una fracción de apenas 2 gramos de apatitos, esto puede variar dependiendo del terreno fuente
o roca que esté siendo erosionado.
La concentración inicial de estos minerales es realizada en trituradoras, tamizadoras y mesas hidrodinámicas, como la mesa Rodgers y Wilfley, por separado, lo que ocasiona el uso de grandes intervalos de tiempo, de una a dos semanas para la concentración inicial de minerales en una masa de 50 kilogramos de sedimentos.
La idea original de la construcción de un Sistema Automatizado de Separación de Minerales Pesados (SASMP) surge del Profesor Jorge L. Mora del Departamento de Geología, y de su experiencia en la separación de minerales accesorios para estudios termocronológicos. El Prof. Mora, en el año 2002, incentivó a los hoy en día Ingenieros Mecánicos González A., y Navarro, W., y al Prof. Pedro Lecue de la Escuela de Ingeniería Mecánica, para que elaboraran el diseño y cálculos, respectivos (González, A., y Navarro,W. (2002). Posteriormente mediante financiamiento del FONACIT el Prof. Mora y el Ing. González culminan el 60% del sistema. Luego el Prof. Bermúdez y el hoy en díaIngeniero Geólogo Agostini, A., realizan un estudio (Agostini, A., 2004) detallado del sistema, lo complementan, terminan su construcción, y es puesto en marcha. Finalmente se efectúa la primera calibración del sistema con la utilización de sedimentos de Los Andes venezolanos.
El SASMP, está actualmente 100% operativo y es parte fundamental de la segunda etapa del Laboratorio de Termocronología, ubicado en la estructura cilíndrica de la Escuela de Metalurgia de la Facultad de Ingeniería.
REFERENCIAS
1. ARTICULO :
Los nuevos Materiales
Resumen
Esta época está caracterizada por el descubrimiento de nuevos materiales que nos está ofreciendo posibilidades tecnológicas solo soñadas en la ciencia ficción. La nanotecnología empieza a ser posible por el desarrollo de estos materiales, pues al lograr la miniaturización solo es posible cuando se encuentran propiedades muy especiales de ciertos elementos que permiten que se pueda manipular casi al nivel del átomo
Abstract
This period is characterized by the discovery of new materials technology is offering us opportunities only dreamed of in science fiction. Nanotechnology is becoming possible by the development of these materials, as to achieve miniaturization is possible only when very special properties that enable certain elements can be manipulated almost at the level of the atom are
Desarrollo del articulo
La física, la química y la informática ,han hecho posible este avance, y uno de los elementos que ha hecho posible esta nueva generación de materiales es el Carbono, su composición es muy especial El carbono, tiene una estructura cristalina y lo encontramos en forma de grafito o del diamante, también puede convertirse en materiales con cualidades únicas que están cambiando toda la industria, pues no solo son más resistentes que el acero, sino que son extremadamente livianos, excelentes conductores eléctricos, que los hacen imprescindibles en la electrónica. De igual forma el descubrimiento de ciertas propiedades de algunos elementos o tierras raras como las denominan crean nuevas posibilidades tecnológicas que hacen posible la aparición de nuevos dispositivos con mayor eficiencia y un consumo energético cada vez menor. Veamos entonces algunas de las formas que están tomando estos materiales y como están cambiando todo el sentido de las nuevas materias primas.
Los nuevos materiales son productos de nuevas tecnologías fruto del desarrollo de la química y la física aplicada, de la ingeniería y de la ciencia de los materiales. Se han diseñado para responder a nuevas necesidades o a alguna aplicación tecnológica.
El rápido progreso de la electrónica durante la segunda mitad del siglo XX se explica por el refuerzo mutuo entre la investigación de materiales y su aplicación industrial práctica en áreas tan distintas como la ingeniería, la medicina, la construcción, las telecomunicaciones o la informática. [1]
Los avances de la física y la aparición de la electrónica combinada con los progresos de la ciencia de los materiales han dado lugar a circuitos eléctricos y electrónicos muy reducidos capaces de controlar señales eléctricas de muy baja intensidad, gracias a nuevos materiales eléctricos como:
• Semiconductores: Materiales como el silicio, galio o selenio, arseniuro de galio, etc., cuya resistencia al paso de la corriente depende de factores como la temperatura, la tensión mecánica o el grado de iluminación que se aplica.
Con ellos se fabrican microchips para ordenadores y circuitos de puertas lógicas.
• Superconductores: Materiales como el mercurio por debajo de 4 K de temperatura, nanotubos de carbono, aleaciones de niobio y titanio, cerámicas de óxidos de itrio, bario y cobre, etc., que al no oponer resistencia al paso de la corriente eléctrica, permiten el transporte de energía sin pérdidas.
• Piezoeléctricos: Materiales como el cuarzo, la turmalina, cerámicas y materiales plásticos especiales, dotados de estructuras micro cristalinas, que poseen la capacidad de transformar la energía mecánica en eléctrica y viceversa. Se utilizan como sensores y actuadores en dispositivos electrónicos como relojes, encendedores, micrófonos,
radares, etc.
Materiales de construccion
Resumen
En la historia humana el hombre ha usado diferentes materiales para construir su vivienda, y todos los edificios públicos que le permiten interactuar con su comunidad. Entre estos encontramos algunos de tipo primitivo como el uso del barro o arcilla, muy usado por nuestros indígenas, la piedra, la paja para los techos, etc.
Abstract
In human history man has used different materials to build your house, and all public buildings that let you interact with your community. Among these are some of primitive as the use of clay or clay type, widely used by our indigenous, stone, straw roofs, etc.
Desarrollo del articulo
Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su condición. Las primeras edades en las que se clasifica nuestra historia llevan sus nombres de acuerdo al material desarrollado y que significó una época en nuestra evolución. La edad de piedra con las primeras herramientas y armas para cazar fabricadas en ese material, la edad de bronce en la que se descubre la ductilidad y multiplicidad de ese material, seguida de la edad de hierro en la que este reemplaza al bronce por ser un material más fuerte y con más aplicaciones, etc. Los productos de los que se ha servido el hombre a lo largo de la historia para mejorar su nivel de vida o simplemente para subsistir han sido y son fabricados a base de materiales, se podría decir que estos están alrededor de nosotros estemos donde estemos. De ellos depende en parte nuestra existencia. Hay muchos más materiales de los que utilizamos día a día, los que vemos en las ciudades o los que utilizamos en nuestro quehacer diario.
Tipos de materiales
Los materiales están divididos en tres grupos principales: materiales metálicos, poliméricos, y cerámicos.
Materiales metálicos: Estos son sustancias inorgánicas compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener algunos elementos no metálicos, como el carbono. (Hierro, cobre, aluminio, níquel y titanio).
Materiales cerámicos: Los materiales de cerámica, como los ladrillos, el vidrio la loza, los aislantes y los abrasivos, tienen escasa conductividad tanto eléctrica como térmica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad y resistencia al impacto.
Materiales poliméricos: En estos se incluyen el caucho (el hule), los plásticos y muchos tipos de adhesivos. Se producen creando grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos agrícolas.