FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA MECÁNICA

FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA
MECÁNICA
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Sistema internacional de unidades
Las unidades vigentes en España según la ley 3/1985 de 18 de Marzo son las del
sistema internacional de unidades (SI) que también es el vigente en toda la Comunidad
Europea. El uso de este sistema (y su enseñanza) es obligatorio en todo el territorio del
Estado Español.
Las unidades básicas del sistema internacional son las que aparecen en la tabla
siguiente:
Unidades básicas del sistema internacional (SI)
Magnitud
Longitud
Masa
Tiempo
Intensidad eléctrica
Intensidad luminosa
Temperatura
Cantidad de sustancia
Unidad
Nombre Símbolo
metro
m
kilogramo kg
segundo
s
ampere
A
candela
cd
kelvin
K
mol
mol
Además de las unidades básicas hay dos unidades suplementarias:
Unidades suplementarias del sistema internacional (SI)
Unidad
Magnitud
Nombre
Símbolo
Ángulo plano
radián
rad
Ángulo sólido
estereorradián
sr
A partir de las unidades básicas y suplementarias pueden derivarse otras; algunas de
estas tienen nombre propio, como se muestra en la tabla siguiente.
Unidades derivadas que tienen nombre propio
Unidad
Nombre Símbolo Expresión
Actividad de un radionucleido
becquerel Bq
s-1
Carga eléctrica, cantidad de electricidad coulomb C
s·A
Capacidad eléctrica
farad
F
m-2·kg-1·s4·A2
Índice de dosis absorbida
gray
Gy
m2·s-2
Magnitud
2
Inductancia
Frecuencia
Energía, trabajo
Flujo luminoso
Iluminancia
Fuerza
Resistencia eléctrica
Presión
Conductancia eléctrica
Dosis equivalente
Densidad de flujo magnético
Potencial eléctrico, fuerza electromotriz
Potencia, flujo radiante
Flujo magnético
henry
hertz
joule
lumen
lux
newton
ohm
pascal
siemens
sievert
tesla
volt
watt
weber
H
Hz
J
lm
lx
N
Ω
Pa
S
Sv
T
V
W
Wb
m2·kg·s-2·A-2
s-1
m2·kg·s-2
cd·sr
m-2·cd·sr
m·kg·s-2
m2·kg·s-3·A-2
m-1·kg·s-2
m-2·kg-1·s3·A2
m2·s-2
kg·s-2·A-1
m2·kg·s-3·A-1
m2·kg·s-3
m2·kg·s-2·A-1
Los símbolos de las unidades pueden verse afectados de prefijos que actúan como
múltiplos y submúltiplos decimales. Estos prefijos se colocan delante del símbolo de la
unidad correspondiente sin espacio intermedio. El conjunto del símbolo más el prefijo
equivale a una nueva unidad que puede combinarse con otras unidades y elevarse a
cualquier exponente (positivo o negativo). Los prefijos decimales se muestran en las
tablas siguientes.
Múltiplos decimales
Prefijo
deca
hecto
kilo
mega
giga
tera
peta
exa
zetta
yotta
Símbolo
da
h
k
M
G
T
P
E
Z
Y
Factor
101
102
103
106
109
1012
1015
1018
1021
1024
Submúltiplos decimales
Prefijo Símbolo Factor
deci
d
10-1
centi c
10-2
mili
m
10-3
micro μ
10-6
3
nano
pico
femto
atto
zepto
yocto
•
•
•
•
•
•
•
n
p
f
a
z
y
10-9
10-12
10-15
10-18
10-21
10-24
Los símbolos que corresponden a unidades derivadas de nombres propios se
escriben con la letra inicial mayúscula (ejemplos: A, V, etc.). Siempre con letras
romanas a excepción del ohm.
Los demás símbolos se escriben con letras romanas minúsculas.
Los símbolos de las unidades no cambian de forma para el plural (no incorporan
ninguna s) y no van seguidos de punto.
Las unidades derivadas se definen como productos o cocientes de las unidades
básicas o suplementarias aunque también pueden utilizarse unidades
suplementarias con nombre propio. Para expresar las unidades derivadas pueden
utilizarse los siguientes métodos:
o Poner las diferentes unidades una a continuación de otra sin separación;
por ejemplo: As, Nm. En este caso se deben evitar las combinaciones en
que una unidad que tiene el mismo símbolo que un prefijo se coloque
delante ya que pueden dar lugar a confusión. Por ejemplo no debe
utilizarse mN (que significa milinewton) en lugar de Nm (newton por
metro).
o Poner las diferentes unidades separadas por un punto alto; por ejemplo:
A·s, N·m. Esta disposición es preferible a la anterior. En este caso
también conviene evitar las combinaciones que puedan dar lugar a
confusión si el punto es poco visible (así hay que evitar, por ejemplo,
m·N).
o En el caso de cocientes puede utilizarse:
 Un cociente normal
2
 La barra inclinada (m/s, m/s ) evitando el uso de productos en el
denominador; por ejemplo podemos escribir: kg/A/s2 en lugar de
kg/(A·s2).
-1 -2
 Potencias negativas; por ejemplo: kg·A ·s .
Los nombres de las unidades se escriben siempre con minúsculas.
Los nombres de las unidades llevan una s cuando se escriben en plural, excepto
los que terminan en s, z o x.
Los nombres de las unidades que corresponden a nombres de personas deben
escribirse con idéntica ortografía que el nombre correspondiente pero, como es
lógico, con minúscula inicial.
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Cambio de unidades
Unidades angulares
Nombre Símbolo Valor
cuadrante
1.571 rad
grado
°
0.0175 rad
minuto
'
0.291 mrad
revoluciones rev.
6.283 rad
segundo
''
4.85 μrad
Unidades eléctricas
Nombre Símbolo Valor
siemens S
1 Ω-1
Unidades de energía, trabajo y calor
Nombre
Símbolo
unidades térmicas británicas
BTU
unidades térmicas británicas por minuto BTU/min
atmósfera-litro
caloria
cal
caballo de vapor
CV
caballo de vapor USA
HP
electrón-volt
eV
erg
erg
kilowatt-hora
kW·h
watt-hora
W·h
Valor
1.05506 kJ
17.57 W
101.3 J
4.1868 J
736 W
745.7 W
0.16 aJ
0.1 μJ
3.6 MJ
3.6 kJ
Unidades longitud, superficie y volumen
Nombre
Símbolo Valor
acre
4047 m2
acre cúbico
1233.48 m3
anstrong
Å
0.1 nm
área
100 m2
brazas (fathoms)
1.8288 m
centiárea
1 m2
cuartos
946.5 cm3
fermi
1·10-15m
galones imperiales
4546.1 cm3
galones USA
3785.4 cm3
hectárea
1 hm2
litro
l (o L) 1 dm3
5
micra
milla
millas cuadradas
onza para fluidos
pies
pies cuadrados
pies cúbicos
pinta
pulgadas
pulgadas cuadradas
pulgadas cúbicas
yardas
yardas cúbicas
μ
ft
ft2
ft3
"
1 μm
1.609 km
2.59 km2
29.6 cm3
0.3048 m
0.0929 m2
0.0283 m3
0.473 dm3
2.54 cm
6.452 cm2
16.39 cm3
0.9144 m
0.7645 m3
Unidades magnéticas
Nombre Símbolo Valor
gauss
G
100 μT
Unidades de fuerza, masa, peso y presión
Nombre
Símbolo
Valor
atmósfera
atm.
10303 kg/m2
atmósfera
atm.
101.325 kN/m2
bar
100 kN/m2
centímetros de mercurio cm Hg 136 kg/m2
dina
1.02 mg
drams
1.7718 g
grain
0.0648 g
libra
453.59 g
metro de columna de agua m.c.a. 0.1 kg/cm2
newton
Nw
0.102 kg
onza
28.35 g
onza troy
31.1 g
pascal
1 N/m2
psi
6894.76 N/m2
quintal métrico
100 kg
tonelada métrica
1000 kg
torr
133.32 N/m2
Unidades de tiempo y velocidad
Nombre
Símbolo
Valor
minuto
min
60 s
6
hora
h
dia
dia
nudo
veces la velocidad de la luz c
3600 s
86400 s
0.514 m/s
299793 km/s
Ejemplos
El factor de conversión es una fracción en la que el numerador y el denominador son
medidas iguales expresadas en unidades distintas, de tal manera, que esta fracción vale
la unidad. Método efectivo para cambio de unidades y resolución de ejercicios sencillos
dejando de utilizar la regla de tres.
Ejemplo 1: pasar 15 pulgadas a centímetros (factor de conversión: 1 pulgada = 2,54 cm)
15 pulgadas × (2,54 cm / 1 pulgada) = 15 × 2,54 cm = 38,1 cm
Ejemplo 2: pasar 25 metros por segundo a kilómetros por hora (factores de conversión:
1 kilómetro = 1000 metros, 1 hora = 3600 segundos)
25 m/s × (1 km / 1000 m ) × (3600 s / 1 h) = 90 km/h
Ejemplo 3: obtener la masa de 10 litros de mercurio (densidad del mercurio: 13,6
kilogramos por decímetro cúbico)
Nótese que un litro es lo mismo que un decímetro cúbico.
10 litros de mercurio × (1 decímetro cúbico de mercurio / 1 litro de mercurio) ×
(13,6 kilogramos / 1 decímetro cúbico de mercurio) = 136 kg
Ejemplo 4: pasar 242º a radianes (Factor de conversión: 180º = π rad)
242º x (πrad/180º) = 4,22 rad
En cada una de las fracciones entre paréntesis se ha empleado la misma medida
en unidades distintas de forma que al final sólo quedaba la unidad que se pedía.
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Ventajas del Sistema Internacional
Son básicamente cuatro las ventajas en utilizar el Sistema Internacional de Unidades:
- Unicidad: existe una y solamente una unidad para cada cantidad física [ej: el metro
para longitud, el kilogramo para masa, el segundo para tiempo, y así en adelante]. Es a
partir de estas unidades, conocidas por fundamentales, que se derivan todas las demás.
- Uniformidad: elimina confusiones innecesarias al utilizar los símbolos.
- Relación decimal entre múltiplos y sub-múltiplos: la base 10 es apropiada para el
manejo de la unidad de cada cantidad física y el uso de prefijos facilita la comunicación
oral y escrita.
- Coherencia: evita interpretaciones erróneas
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10
11
12
13
14
15
Solución:
16
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18
Aceleración instantánea
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SISTEMAS MECÁNICOS.
ÍNDICE
• Componentes
• Aplicaciones
• Robots
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CONCEPTO DE ROBOT
El término ROBOT proviene del término checo robota, que
significa “siervo”.
Podemos definir ROBOT como aquella máquina que es capaz
de realizar diversos trabajos de forma automática al ejecutar
una serie de instrucciones programables.
Son máquinas dotadas de una cierta autonomía y capacidad
de reacción sin que sea necesaria la intervención humana.
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ARQUITECTURA DE UN ROBOT
• En un robot se pueden distinguir cuatro elementos
bien diferenciados:
–La estructura
–Los actuadores
–Los sensores
–El sistema de control
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LOS SENSORES
Son los sentidos del robot, es decir constituyen
un conjunto de elementos que le permiten conocer
el estado del mundo que le rodea y la posición
exacta de sus componentes.
Algunos tipos de sensores electrónicos:
» Sensores de temperatura.
» Sensores de deformación.
» Sensores de luz.
» Sensores de contacto.
» Sensores de proximidad.
LOS SISTEMAS DE CONTROL
Es el cerebro del robot. En función de las tareas
que desempeña el robot, es más o menos
complejo.
Existen diferentes sistemas para controlar los
robots.
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