Dinámica de Maquinaria - Instituto Tecnológico de Tlalnepantla

1. - ASIGNATURA
Nombre de la asignatura Dinámica de Maquinaria
Carrera Ingeniería Electromecánica
Clave de la asignatura MIF-1305
SATCA1 3-2-5
2. – PRESENTACIÓN
CARACTERIZACIÓN DE LA ASIGNATURA.
Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero Electro - Mecánico la capacidad para
analizar y comprender los movimientos y fuerzas que experimenta los diversos
elementos mecánicos de una máquina, mecanismo o sistema mecánico, con el
propósito de poder utilizarlos posteriormente en el diseño de maquinaria en base a
esfuerzos y deformaciones.
Intención didáctica.
El programa de ésta asignatura está conformado por cinco unidades, en la primera
unidad, se aborda la Cinemática del cuerpo rígido, se realiza un estudio Cinético
de las Partículas, donde se toma en cuenta las causas que provocan el
movimiento en las mismas, como son fuerzas externas a las partículas, su peso y
la fricción, en ésta unidad se desarrollan dos métodos para el análisis cinético de
las partículas: Segunda Ley de Newton, Método de Energía.
En la segunda y tercera unidad se aborda la condición cinética que se presenta en
un cuerpo rígido, destacando los métodos de Fuerzas, Aceleraciones y Trabajo,
Impulso y Cantidad de Movimiento, momentum lineal y momentum angular.
En las últimas unidades cuarta y quinta se hace un análisis dinámico de
maquinaria utilizando el principio de D´Alembert y trabajo virtual analizando en
especial el balanceo de fuerzas y análisis de volantes de inercia.
El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas
promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como:
identificación, manejo y control de variables y datos relevantes; planteamiento de
problemas; trabajo en equipo; asimismo, propicien procesos intelectuales de
inducción-deducción. En éstas actividades prácticas, es conveniente que el
profesor busque sólo guiar a sus alumnos para que ellos identifiquen las variables
y les den su tratamiento en la solución de problemas, para que aprendan a
planificar, que no planifique el profesor todo por ellos, sino involucrarlos en ese
proceso. De las actividades de aprendizaje, es necesario hacer más significativo y
efectivo el aprendizaje para que el estudiante destaque la importancia que tiene
ésta asignatura con su plan de estudios y con su vida profesional. Algunas de las
actividades sugeridas pueden hacerse como actividad extra clase, sobre todo en
lo referente a la solución de problemas y compartir su solución en clase a partir de
la discusión de sus resultados. En el desarrollo del programa es muy importante
que el estudiante aprenda a valorar las actividades que lleva a cabo y entienda
que está construyendo su hacer futuro y en consecuencia actúe de una manera
profesional; de igual manera, aprecie la importancia del conocimiento y los hábitos
de trabajo; desarrolle la precisión y la curiosidad, la puntualidad, el entusiasmo y el
interés, la tenacidad, la flexibilidad y la autonomía. Es necesario que el profesor
ponga atención y cuidado en estos aspectos en el desarrollo de las actividades de
aprendizaje de esta asignatura.
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias específicas:
 Definir y analizar la posición,
velocidad, aceleración y distancia
total recorrida por una partícula
para determinar los aspectos
físicos de su movimiento.
 Analizar las relaciones que
existen entre las fuerzas, el
desplazamiento, las velocidades
y las aceleraciones de partículas
y masas, mediante la segunda
ley de Newton y el concepto de
trabajo y energía, en la solución
de problemas de cinética de
partículas.
 Definir y analizar la posición,
desplazamiento, velocidad y
aceleración de los diversos tipos
de movimientos que experimenta
un cuerpo rígido.
 Analizar las relaciones entre las
fuerzas que actúan en un cuerpo
rígido, la forma y la masa del
mismo,
y
el
movimiento
Competencias genéricas:
• Capacidad de análisis y síntesis.
• Capacidad de organizar y planificar.
• Conocimientos básicos de la carrera.
• Comunicación oral y escrita.
• Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
• Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas.
• Solución de problemas.
• Toma de decisiones.
Competencias interpersonales
• Capacidad crítica y autocrítica.
• Trabajo en equipo.
• Habilidades interpersonales.
•Capacidad de trabajar en equipo
interdisciplinario.
•Capacidad de comunicarse con
profesionales de otras áreas.
• Compromiso ético.
Competencias sistémicas
•
Capacidad
de
aplicar
los
conocimientos en la práctica.
• Habilidades de investigación.
• Capacidad de aprender.
• Capacidad de generar nuevas ideas
producido
(creatividad).
• Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
 Balanceo de fuerzas en la • Iniciativa y espíritu emprendedor.
maquinaria y calculo de masas • Preocupación por la calidad.
inerciales de un volante.
• Liderazgo.
• Búsqueda del logro.
4.- HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
elaboración y revisión
Participantes
M.C.
Velázquez
Instituto Tecnológico de Mancilla Rodolfo.
Tlalnepantla del 11 al M.C. González Chacón
15 de junio del 2013.
Miguel Ángel.
M.C. López Sánchez
Jesús.
Ing. Ríos Rincón Hipólito
Ing. Cedillo Villagrán
Ignacio.
Ing. Linares Navarro
Carlos.
Ing. Alcocer Ortiz Andos
Ing. Juárez Arroyo J.
Antonio.
Evento
Elaboración
del
programa de estudio de
la especialidad de la
carrera de ingeniería
electromecánica.
5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO.
Que el alumno complemente los conocimientos de la dinámica del cuerpo rígido y
los utilice en la determinación de las fuerzas que se presentan en la operación de
maquinaria en general y en el balanceo de equipo.
6.- COMPETENCIAS PREVIAS.
 Aplicar conceptos de números complejos, operaciones vectoriales.
 Aplicar métodos analíticos y gráficos para el cálculo de desplazamiento,
velocidades y aceleración de partículas y cuerpos rígidos.
 Elaboración e interpretación de coordenadas cartesianas, polares y
cilíndricas Manejo de equipo de cómputo.
 Dibujar e interpretar elementos mecánicos para su presentación y/o
análisis.
 Aplicar software para dibujo de elementos mecánicos
 Resolver sistemas de ecuaciones utilizando técnicas matriciales
 Aplicar el cálculo diferencial: Derivadas, Funciones, Aplicaciones físicas y
geométricas de la derivada.
 Aplicar el cálculo integral: Métodos de integración y aplicaciones de la
integral. Aplicar de Estática: Fundamentos de las leyes de Newton,
equilibrio de la partícula, diagrama de cuerpo libre y sistemas equivalentes
de fuerzas.
7.- TEMARIO
Unidad
Temas
1
Cinética del cuerpo rígido
(movimiento plano
general). Fuerzas y
aceleraciones
2
Cinética del cuerpo rígido
(Movimiento plano
general). Método de
trabajo y energía
3
Cinética del cuerpo rígido
(Movimiento plano
general). Método de
impulso e Ímpetu.
4
Análisis Dinámico de
Maquinaria.
5
Balanceo de Maquinaria
Subtemas
1.1. Suposiciones fundamentales y
deducción de ecuaciones de Newton.
1.2. Fuerzas de D´Alembert
1.3. Casos particulares. (traslación,
rotación centroidal)
1.4. Movimiento plano general.
1.5. Movimiento de rodadura.
2.1. Determinación de la energía cinética
de un cuerpo rígido.
2.2. Calculo del trabajo de diferentes
fuerzas y fuerzas conservativas.
2.3. Determinación del trabajo efectuado
por un par de fuerzas
2.4. Aplicaciones.
3.1. Determinación del momentum lineal y
momento angular de un cuerpo rígido.
3.2. Determinación de las ecuaciones de
movimiento.
3.3. Aplicaciones.
4.1. Determinación de las ecuaciones de
movimiento de cada uno de los eslabones
de una maquina.
4.2. Solución del problema dinámico
directo.
4.3. Solución del problema dinámico
inverso
5.1. Balanceo de fuerzas.
5.2. Balanceo de momento.
5.3. Análisis de volantes.
8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS.
Se requiere que el docente tenga un dominio total de la materia que sea capaz de
explicar de manera clara y precisa cada tema y subtema. Mostrar flexibilidad en el
seguimiento del proceso formativo y propiciar la interacción entre los estudiantes.
Tomar en cuenta el conocimiento de los estudiantes como punto de partida y
como obstáculo para la construcción de nuevos conocimientos.
Propiciar actividades de meta cognición. Ante la ejecución de una actividad,
señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: una identificación
de patrones, análisis, etc. Al principio lo hará el profesor, luego será el alumno
quien lo identifique. Ejemplos: reconocer la función matemática que define el
movimiento de partículas y cuerpos rígidos: comprender la problemática que se
está planteando e identificar los parámetros que se presentan y los que se
requieren; seleccionar la metodología de solución en base al modelo que se
presenta.
Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio
argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los
estudiantes. Ejemplo: trabajar en equipo en la solución de problemas y prácticas
solicitadas como trabajo extra clase.
Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios
a las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el
estudiante. Ejemplos: identificar los tipos de movimiento de un elemento mecánico
y su relación con otros elementos de una máquina o un sistema mecánico.
Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura.
Ejemplos: trabajar las actividades prácticas a través de guías escritas, redactar
reportes e informes de las actividades de experimentación, exponer al grupo los
resultados y conclusiones obtenidas.
Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción,
análisis y síntesis, que encaminen hacia la investigación.
Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los
conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la
asignatura.
Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la
asignatura con distintas asignaturas, para su análisis y solución.
Cuando los temas lo requieran, hacer uso de las nuevas tecnologías en el
desarrollo de la asignatura y utilizar medios audiovisuales para una mejor
comprensión del estudiante.
Proponer problemas que deba resolver utilizando software
9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN.
La evaluación debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar el
desempeño en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial
énfasis en: Realización de prácticas solicitadas y elaborar un documento escrito
con su desarrollo y conclusiones.
Asignación de ejercicios para resolver en extra clase.
 Participación activa en la solución de problemas de cada unidad del
programa.
 Exámenes escritos para comprobar el manejo de aspectos teóricos y
prácticos para cada unidad.
 Revisión de tareas y prácticas
10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE.
Unidad 1
Competencia específica a
desarrollar
Comprender la cinética del cuerpo
rígido, es decir las relaciones
existentes entre las fuerzas que
actúan sobre un cuerpo rígido, la
forma, la masa y el movimiento que
se produce.
Actividades De Aprendizaje
• Resolver problemas prácticos que
ayuden a comprender y aprender los
conceptos, fundamentos y leyes de la
cinemática y cinética. Investigar las
relaciones que existen entre el tiempo,
las posiciones, las velocidades y las
aceleraciones de las distintas partículas
que forman un cuerpo rígido.
• Analizar los diferentes tipos de
movimiento de un cuerpo rígido.
• Realizar una investigación de acerca
de los conceptos analizados.
•
Resolver
problemas
prácticos
propuestos por el docente y dar solución
al problema que enfrentan los equipos
que trabajan con el principio, entregando
un reporte escrito detallado.
• Proyectar diapositivas o imágenes
audiovisuales
que
expongan
la
Aplicación de los conceptos referentes a
cuerpo rígido.
• Elaborar un mapa conceptual del
movimiento plano de cuerpos rígidos.
•Presentar
las
ecuaciones
del
movimiento de translación de un cuerpo
rígido en movimiento plano, respecto a
un sistema de referencia newtoniano.
• Presentar el método de análisis de
problemas en movimiento plano general
para reforzar el conocimiento de las
ecuaciones del movimiento.
• Efectuar una simulación y modelación
numérica de la cinética de cuerpos
rígidos, mediante el uso de software.
Unidad 2
Competencia específica a desarrollar
Analizar el uso del método del trabajo
y la energía y la cantidad de
movimiento
para
calcular
el
movimiento plano de cuerpos rígidos
y de sistemas de cuerpos rígidos.







Actividades De Aprendizaje
Analizar el principio de trabajo y
energía para un cuerpo rígido.
Definir el trabajo de las fuerzas que
actúan sobre un cuerpo rígido
aplicando el principio de par de
fuerzas.
Definir la energía cinética de una
partícula, basado en la segunda
Ley de Newton, para describir y
aplicar el principio del trabajo y la
energía para un cuerpo rígido en
movimiento plano.
Establecer
el
principio
de
conservación de la energía para
cuando un cuerpo rígido se mueve
bajo
la
acción de fuerzas
conservativas.
Plantear y resolver problemas que
involucren trabajo y energía en el
movimiento plano de cuerpos
rígidos.
Elaborar mapas conceptuales
Plantear problemas prácticos y
resolverlos.
Unidad 3
Competencia específica a desarrollar
El principio de impulso en la cantidad
Actividades De Aprendizaje
 Establecer el principio del impulso y
de movimiento se aplicara al análisis
del movimiento plano de cuerpos
rígidos y sistemas de cuerpos rígidos,
aplicado a problemas que incluyen
tiempo y velocidades. Con particular
interés en problemas que involucran
movimiento impulsivo e impacto.






la cantidad de movimiento para el
movimiento plano de un cuerpo
rígido.
Definir impacto.
Obtener
las
ecuaciones
de
movimiento
Obtener la magnitud del momento
angular del cuerpo alrededor de un
punto.
Desarrollar las ecuaciones para
sistemas de cuerpos rígidos
Plantear y resolver problemas que
involucren
los
principios
estudiados.
Efectuar
una
simulación
y
modelación numérica de la cinética
de cuerpos rígidos, mediante el uso
de software.
Unidad 4
Competencia específica a desarrollar.
Análisis
de
fuerzas
dinámicas
utilizando
el
principio
de
superposición y ecuaciones lineales
simultaneas
Actividades De Aprendizaje




Investigar
el
principio
de
D´Alembert.
Investigar métodos de energías,
como conservación de la energía y
principio de trabajo virtual.
Repasar en apuntes de dinámica la
solución del problema dinámico
directo.
Aplicar el método de solución
Newtoniana, para escribir las
ecuaciones de cada cuerpo en
movimiento. Empezando con un
eslabón en rotación pura.
Unidad 5
Competencia específica a desarrollar
Analizar
matemáticamente
como
determinar y diseñar un estado de
equilibrio o balanceo estático y
dinámico en elementos rotatorios y en
mecanismos
con
movimiento
complejo.
Actividades De Aprendizaje
 Analizar
equilibrio
estático
empleando
el
principio
de
D´Alember.
 Analizar el equilibrio en dos planos
(equilibrio dinámico)
 Análisis de la función de torque.
Calculo de volantes o ruedas volantes
11.- FUENTES DE INFORMACION
1 Beer F.P. y Johnston E.R. Mecánica Vectorial para ingenieros Mc Graw Hill
(unidad I pags 1025 – 1080)
2 Higdon A., Stiles W.B., Ingeniería Mecánica tomo II. Dinámica Vectorial.
Prentice Hall Inc.
3 Shigley J.E. y Vicker J.J. Jr. Teoría de Maquinas y Mecanismos. Mc Graw Hill
4 Norton R. L. Diseño de Maquinaria. Una Introducción a el análisis y síntesis de
Mecanismos y Maquinas. McGraw Hill.
5 Hibbeler R. C. Mecánica para ingenieros, Dinámica, Prentice Hall México 2004
12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS
 Balanceo estático de discos
 Balanceo dinámico de flechas