NOMBRE DEL ESTUDIANTE: PEDRO ALVARADO# DE ID: UB11726SNL18829.

PROGRAMA DE LICENCIATURA

TECHNOLOGY AND INDUSTRIALAUTOMATION

ATLANTIC INTERNATIONAL UNIVERSITYHONOLULU, HAWAI

JULY 2010

TABLA DE CONTENIDOS

1 – INTRODUCCION AL CONTROL AUTOMATICO

2 – ELEMENTOS PARA LA AUTOMATIZACION

3. ROBOTICA

4. SISTEMAS BASADOS EN ELEMENTOS DISCRETOS

5. CONCLUSIONES

1.- INTRODUCCION AL CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS

El control automático de procesos es parte del progreso industrial desarrolladodurante lo que ahora se conoce como la segunda revolución industrial. El usointensivo de la ciencia de control automático es producto de una evolución que esconsecuencia del uso difundido de las técnicas de medición y control .Su estudiointensivo ha contribuido al reconocimiento universal de sus ventajas.

El control automático de procesos se usa fundamentalmente porque reduce elcosto de los procesos industriales, lo que compensa con creces la inversión enequipo de control. Además hay muchas ganancias intangibles, como por ejemplola eliminación de mano de obra pasiva, la cual provoca una demanda equivalentede trabajo especializado. La eliminación de errores es otra contribución positivadel uso del control automático.

El principio del control automático o sea el empleo de una realimentación omedición para accionar un mecanismo de control, es muy simple. El mismoprincipio del control automático se usa en diversos campos, como control deprocesos químicos y del petróleo, control de hornos en la fabricación del acero,control de máquinas herramientas, y en el control y trayectoria de un proyectil.

El uso de las computadoras analógicas y digitales ha posibilitado la aplicación deideas de control automático a sistemas físicos que hace apenas pocos años eranimposibles de analizar o controlar.

Es necesaria la comprensión del principio del control automático en la ingenieríamoderna, por ser su uso tan común como el uso de los principios de electricidad otermodinámica, siendo por lo tanto, una parte de primordial importancia dentro dela esfera del conocimiento de ingeniería.

También son tema de estudio los aparatos para control automático, los cualesemplean el principio de realimentación para mejorar su funcionamiento.

Qué es el control automático?El control automático es el mantenimiento de un valor deseado dentro de unacantidad o condición, midiendo el valor existente, comparándolo con el valordeseado, y utilizando la diferencia para proceder a reducirla. En consecuencia, elcontrol automático exige un lazo cerrado de acción y reacción que funcione sinintervención humana.

El elemento más importante de cualquier sistema de control automático es lazo decontrol realimentado básico. El concepto de la realimentación no es nuevo, elprimer lazo de realimentación fue usado en 1774 por James Watt para el controlde la velocidad de cualquier máquina de vapor. A pesar de conocerse el conceptodel funcionamiento, los lazos se desarrollaron lentamente hasta que los primerossistemas de transmisión neumática comenzaron a volverse comunes en los años1940s, los años pasados han visto un extenso estudio y desarrollo en la teoría yaplicación de los lazos realimentados de control. En la actualidad los lazos decontrol son un elemento esencial para la manufactura económica y prospera devirtualmente cualquier producto, desde el acero hasta los productos alimenticios.A pesar de todo, este lazo de control que es tan importante para la industria estábasado en algunos principios fácilmente entendibles y fáciles. Este artículo trataéste lazo de control, sus elementos básicos, y los principios básicos de suaplicación.

FUNCION DEL CONTROL AUTOMATICO.

La idea básica de lazo realimentado de control es más fácilmente entendidaimaginando qué es lo que un operador tendría que hacer si el control automáticono existiera.

La figura 1 muestra una aplicación común del control automático encontrada enmuchas plantas industriales, un intercambiador de calor que usa calor paracalentar agua fría. En operación manual, la cantidad de vapor que ingresa al

intercambiador de calor depende de la presión de aire hacia la válvula que regulael paso de vapor. Para controlar la temperatura manualmente, el operadorobservaría la temperatura indicada, y al compararla con el valor de temperaturadeseado, abriría o cerraría la válvula para admitir más o menos vapor. Cuando latemperatura ha alcanzado el valor deseado, el operador simplemente mantendríaesa regulación en la válvula para mantener la temperatura constante. Bajo elcontrol automático, el controlador de temperatura lleva a cabo la misma función.La señal de medición hacia el controlador desde el transmisor de temperatura (osea el sensor que mide la temperatura) es continuamente comparada con el valorde consigna (set-point en Inglés) ingresado al controlador. Basándose en unacomparación de señales , el controlador automático puede decir si la señal demedición está por arriba o por debajo del valor de consigna y mueve la válvula deacuerdo a ésta diferencia hasta que la medición (temperatura ) alcance su valorfinal.CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL.Los sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto y a lazo cerrado.La distinción la determina la acción de control, que es la que activa al sistema paraproducir la salida.Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la acción de control esindependiente de la salida.Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la acción de control esen cierto modo dependiente de la salida.Los sistemas de control a lazo abierto tienen dos rasgos sobresalientes:a) La habilidad que éstos tienen para ejecutar una acción con exactitud estádeterminada por su calibración. Calibrar significa establecer o restablecer unarelación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactituddeseada.b) Estos sistemas no tienen el problema de la inestabilidad, que presentan los delazo cerrado.Los sistemas de control de lazo cerrado se llaman comúnmente sistemas decontrol por Realimentación (o retroacción) .Ejemplo 1Un tostador automático es un sistema de control de lazo abierto, que estácontrolado por un regulador de tiempo. El tiempo requerido para hacer tostadas,debe ser anticipado por el usuario, quien no forma parte del sistema . El controlsobre la calidad de la tostada (salida) es interrumpido una vez que se hadeterminado el tiempo, el que constituye tanto la entrada como la acción decontrol.Ejemplo 2:

Un mecanismo de piloto automático y el avión que controla, forman un sistema decontrol de lazo cerrado (por realimentación). Su objetivo es mantener unadirección específica del avión, a pesar de los cambios atmosféricos. El sistemaejecutará su tarea midiendo continuamente la dirección instantánea del avión yajustando automáticamente las superficies de dirección del mismo (timón, aletas,etc.) de modo que la dirección instantánea coincida con la especificada.El piloto u operador, quien fija con anterioridad el piloto automático, no forma partedel sistema de control.

EL LAZO REALIMENTADOEl lazo de control realimentado simple sirve para ilustrar los cuatro elementosprincipales de cualquier lazo de control, (figura 2).

La medición debe ser hecha para indicar el valor actual de la variable controladapor el lazo. Mediciones corrientes usadas en la industria incluyen caudal, presión ,temperatura mediciones analíticas tales como pH , ORP , conductividad y muchasotras particulares específicas de cada industria .Realimentación:Es la propiedad de una sistema de lazo cerrado que permite que la salida ( ocualquier otra variable controlada del sistema ) sea comparada con la entrada alsistema ( o con una entrada a cualquier componente interno del mismo con unsubsistema ) de manera tal que se pueda establecer una acción de controlapropiada como función de la diferencia entre la entrada y la salida. .

Más generalmente se dice que existe realimentación en un sistema cuando existeuna secuencia cerrada de relaciones de causa y efecto ente las variables delsistema.

El concepto de realimentación está claramente ilustrado en el mecanismo delpiloto automático del ejemplo dado.La entrada es la dirección especificada, que se fija en el tablero de control delavión y la salida es la dirección instantánea determinada por los instrumentos denavegación automática. Un dispositivo de comparación explora continuamente laentrada y la salida.Cuando los dos coinciden, no se requiere acción de control. Cuando existe unadiferencia entre ambas, el dispositivo de comparación suministra una señal deacción de control al controlador, o sea al mecanismo de piloto automático . Elcontrolador suministra las señales apropiadas a las superficies de control del avión, con el fin de reducir la diferencia entre la entrada y la salida . La realimentaciónse puede efectuar por medio de una conexión eléctrica o mecánica que vayadesde los instrumentos de navegación que miden la dirección hasta el dispositivode comparación.

Características de la realimentación.Los rasgos más importantes que la presencia de realimentación imparte a unsistema son:a) Aumento de la exactitud. Por ejemplo, la habilidad para reproducir la entradafielmente.b) Reducción de la sensibilidad de la salida, correspondiente a una determinadaentrada, ante variaciones en las características del sistema.c) Efectos reducidos de la no linealidad y de la distorsión.d) Aumento del intervalo de frecuencias (de la entrada) en el cual el sistemaresponde satisfactoriamente (aumento del ancho de banda )e) Tendencia a la oscilación o a la inestabilidad.

El actuador final.Por cada proceso debe haber un actuador final , que regule el suministro deenergía o material al proceso y cambie la señal de medición . Más a menudo éstees algún tipo de válvula, pero puede ser además una correa o regulador develocidad de motor, posicionado, etc.El procesoLos tipos de procesos encontrados en las plantas industriales son tan variadoscomo los materiales que producen. Estos se extienden desde lo simple y común,tales como los lazos que controlan caudal, hasta los grandes y complejos comolos que controlan columnas de destilación en la industria petroquímica.

El controlador automático.El último elemento del lazo es el controlador automático, su trabajo es controlar lamedición.

“Controlar” significa mantener la medición dentro de límites aceptables. En ésteartículo, los mecanismos dentro del controlador automático no seránconsiderados. Por lo tanto, los principios a ser tratados pueden ser aplicadosigualmente tanto para los controladoresNeumáticos como para los electrónicos y a controladores de todos los fabricantes.Todos los controladores automáticos usan las mismas respuestas generales, apesar de que los mecanismos internos y las definiciones dadas para estasrespuestas pueden ser ligeramente diferentes de un fabricante al otro.

Un concepto básico es que para que el control realimentado automático exista, esque el lazo de realimentación esté cerrado. Esto significa que la información debeser continuamente transmitida dentro del lazo. El controlador debe poder mover ala válvula, la válvula debe poder afectar a la medición, y la señal de medición debeser reportada al controlador. Si la conexión se rompe en cualquier punto, se diceque el lazo está abierto. Tan pronto como el lazo se abre, como ejemplo , cuandoel controlador automático es colocado en modo manual , la unidad automática delcontrolador queda imposibilitada de mover la válvula . Así las señales desde elcontrolador en respuesta a las condiciones cambiantes de la medición no afectana la válvula y el control automático no existe.

2 – ELEMENTOS PARA LA AUTOMATIZACION

Introducción a los Elementos de MedidaEl concepto de control, data desde la época de los griegos, en la que seconstruyeron diferentes tipos de mecanismos, tales como: un reloj de agua,lámparas de aceite, etc.Así como un mecanismo para abrir y cerrar las puertas de uno de los templos másconcurridos en esa época (Ktesibios), el cual generaba un peculiar viento, con loque la gente creía que era un acto de poder creado por los dioses olímpicos.El hombre, sabiéndose limitado en sus capacidades, ha creado artificios que lepermitan ampliar la forma de hacer las cosas, creando dispositivos que puedancontrolar algunas variables que se consideran necesarias para aplicarlas endiversos procesos industriales.Hay quienes, apoyados en el marcado desarrollo de nuevas tecnologías en estesiglo que comienza, consideran que esto se puede conseguir fácilmente, con laayuda de robots que reemplacen “el trabajo de los seres humanos”, ya que a “mástecnología”, “más calidad, menores costos y, por tanto, bajo precio”.En las últimas décadas “la industria europea, ha invertido la mayor parte de supresupuesto en maquinaria y robótica” y “se estima que en los próximos años la

cantidad de robots en Europa y EU aumentará notablemente”.En cuanto a los robots, se prevé que sus “capacidades y versatilidad” “continúenexpandiéndose” y sus precios bajen.Según la previsión de los expertos, a largo plazo, el número de las actividadesrealizadas por los robots alcanzará el 80% de todos los sectores de la economía.Los programa de producción agropecuaria guiados por sensores, la ingenieríagenética, las granjas moleculares, las operadoras informatizadas conreconocimiento de voz, los cajeros automáticos, los sistemas de comunicación, laautomatización de las oficinas hasta el punto de la oficina virtual, muestran sóloalgunos de los sectores y áreas de la producción, hasta dónde está llegando elnovedoso avance tecnológico.

Los beneficios de la tecnología: costos bajos, procesos más rápidos, aumento dela competitividad y la eficiencia, tienen un impacto en la sociedad que convieneanalizar.En los lugares donde la industrialización es más palpable, las tasas de empleo severán directamente afectadas.Elementos de medidaEn cualquier sistema de control automático es necesaria la medida de lasvariables a controlar.Además de las variables a controlar es habitual la medida de otras variables demanera que se tenga un mejor conocimiento de lo que sucede en el proceso.La medida de las magnitudes del proceso (presiones, fluidos, temperaturas, pH,humedad, velocidad, etc.) la realizan los elementos primarios, los que, en lamayoría de los casos, las transforman en magnitudes de otra especie (presionesneumáticas, potenciales eléctricos, desplazamientos mecánicos, etc.) pero fácilesde medir o de transmitir a distancia.Los instrumentos que producen esta transformación de variables se conocen conel nombre de transductores. Se pretende que exista una relación analógica entrelos valores de la magnitud medida y la salida del transductor.Hay casos en que no es posible medir directamente la magnitud a controlar.Entonces se recurre a la medida de otra magnitud de la cual depende la primera.Por ejemplo, en un horno de templado la magnitud que interesa mantenerconstantemente es el temple del acero. Las dificultades de medida rápida, precisay continua del temple obligan a recurrir al control de temperatura del horno.

CONTROLADOR AUTOMÁTICOUn controlador automático compara la señal de salida con una referencia (valordeseado), determina el error y produce una señal de control que trata de reducir elerror a cero o a un valor menor.

Características estáticas y dinámicas

Para el estudio de la automatización de un proceso interesa el conocimiento delas relaciones existentes entre las variables de entrada y salida (variablemanipulada y variable controlada) cuando no hay variaciones en el tiempo esto es,en condiciones de equilibrio. Las relaciones entre las variables, en condiciones deequilibrio son las características estáticas. Así, en el proceso representado en lasiguiente figura, a cada gasto de entrada Q1 corresponder, después de alcanzadoal equilibrio, un cierto nivel h.Las relaciones h = f (Q1) expresa una de las características estáticas de proceso.En las relaciones que expresan las características estáticas no entra la variabletiempo.

Q1h R

Las características dinámicas pueden establecerse en los casos más sencillos,por vía analítica, por el solo conocimiento de las leyes físicas y de las constantesdel procesó.Además de las características dinámicas del sistema de medida, son muyimportantes las siguientes propiedades:Precisión: Expresa el grado de concordancia entre el valor indicado por el sistemade medida y el valor real de la magnitud. Se representa por la desviación,

expresada en porcentaje del valor máximo. La mejor manera de conocer laprecisión consiste en determinar la curva de error, en toda la banda de medida.Linealidad: Significa que la función que relaciona la variable de salida con la deentrada es una función lineal (geométricamente representada por una líneainclinada). Las desviaciones de la linealidad se expresan en porcentaje.Histéresis: Diferencia entre los valores indicados por el sistema pasra un mismovalor de magnitudes de medida, cuando se ha alcanzado entre valor por valorescrecientes o por valores decrecientes.Sensibilidad: Representa la relación de la señal de salida y la señal de entrada.Para la misma señal de entrada, la salida es tanto mayor cuanto mayor sea lasensibilidad.

Medida de la presiónLas medidas de presión son muy importantes en procesos continuos en el quehay que tratar con fluidosQ1Q2Rh

Los elementos primarios para medir la presión pertenecen a las siguientescategoríasprincipales:Manómetros de líquidosFuellesDiagramasVacuómetros de varios tiposElementos piezoeléctricos o piezorresistivosElementos con detectores extensiométricos (Strain Cages)Elementos capacitivosElementos de reluctanciaEn el Control Industrial interesan tres conceptos ligeramente diferentes de lapresión.Normalmente se mide la presión manométrica, que representan la diferencia entrela presión absoluta en el lugar de la instalación y la presión atmosférica.Algunas veces interesa la medida de la presión absoluta, especialmente cuandose miden presiones inferiores a la atmosférica.Cuando se trata de medidas de flujo, en sistemas de ventilación, etc, es muy usualtambién la medida de la presión diferencial.

Estos conceptos se ilustran en la siguiente figura:

Manómetros de líquido – Son los instrumentos más antiguos para medir lapresión. Se basan en el equilibrio de columnas líquidas. Actualmente se usanpoco en procesos industriales en virtud de las desventajas que resultan de lapresencia del líquido.Los tipos de manómetro de líquido de mayor uso son:Manómetro de tubo en U, de ramas igualesManómetro de flotador, Manómetro de tubo sencillo, Manómetro de campanaManómetro anularAlgunos de estos tipos no son más que indicadores y no interesan en el controlautomático. En la figura siguiente solamente se indican el funcionamientoesquemático de los manómetros indicadores.En los manómetros de otros tipos, la variable de salida es un movimientomecánico. Son apropiados para actuar sobre transmisores de señal oinstrumentos de entrada en los controladores neumáticos.

3. ROBOTICA

Robótica Industrial

¿Qué es el robot industrial?

Se entiende por Robot Industrial a un dispositivo de maniobra destinado a serutilizado en la industria y dotado de uno o varios brazos, fácilmente programablepara cumplir operaciones diversas con varios grados de libertad y destinado a

sustituir la actividad física del hombre en las tareas repetitivas, monótonas,desagradables o peligrosas.

El RIA Robot Institute of America define al Robot como "Un manipuladormultifuncional reprogramable, diseñado para mover materiales, partes,herramientas o dispositivos especializados a través de movimientos variablesprogramados para la performance de una variedad de labores"Estas definiciones indudablemente no abarcan todas las posibilidades deaplicación presente y futuras de los Robots y en opinión de quienes escriben, elRobot es para la producción, lo que el computador es para el procesamiento dedatos. Es decir, una nueva y revolucionaria concepción del sistema productivocuyos alcances recién comienzan a percibirse en los países altamenteindustrializados.Realmente, los Robots no incorporan nada nuevo a la tecnología en general, lanovedad radica en la particularidad de su arquitectura y en los objetivos que seprocura con los mismos. El trabajo del Robot se limita generalmente a pocosmovimientos repetitivos de sus ejes, estos son casi siempre 3 para el cuerpo y 3para la mano o puño, su radio de acción queda determinado por un sector circularen el espacio donde este alcanza a actuar. Cuando las partes o piezas amanipular son idénticas entre sí y se presentan en la misma posición, losmovimientos destinados a reubicar o montar partes se efectúan mediantedispositivos articulados que a menudo finalizan con pinzas.

La sucesión de los movimientos se ordena en función del fin que se persigue,siendo fundamental la memorización de las secuencias correspondientes a losdiversos movimientos. Puede presentarse el caso en el que las piezas o partes aser manipuladas no se presenten en posiciones prefijadas, en este caso el robotdeberá poder reconocer la posición de la pieza y actuar u orientarse para operarsobre ella en forma correcta, es decir se lo deberá proveer de un sistema decontrol adaptativo.

Si bien no existen reglas acerca de la forma que debe tener un robot industrial, latecnología incorporada a él está perfectamente establecida y en algunos casosesta procede de las aplicadas a las máquinas-herramientas. Los desplazamientosrectilíneos y giratorios son neumáticos, hidráulicos o eléctricos. Como es sabido,los sistemas neumáticos no proveen movimientos precisos debido a lacompresibilidad del aire y en ellos deben emplearse topes positivos para elposicionamiento, lo que implica la utilización de dispositivos de desaceleración.Los Robots Neumáticos poseen una alta velocidad de operación manipulandoelementos de reducido peso.

Los accionamientos hidráulicos proporcionan elevadas fuerzas, excelente controlde la velocidad y posicionamiento exacto. En cuanto a los sistemas eléctricos seutilizan motores de corriente continúa o motores paso a paso. Estos dos tipos deRobots quedan reservados a la manipulación de elementos más pesados o losprocesos de trayectorias complejas como las tareas de soldadura por punto ocontinúa.

Clasificación de los robots industriales

Una clasificación del grado de complejidad del Robot puede establecerse de lasiguiente forma:

Robots de primera generación:

Dispositivos que actúan como "esclavo" mecánico de un hombre, quien proveemediante su intervención directa el control de los órganos de movimiento. Estatransmisión tiene lugar mediante servomecanismos actuados por las extremidadessuperiores del hombre, caso típico manipulación de materiales radiactivos,obtención de muestras submarinas, etc.

Robots de segunda generación:

El dispositivo actúa automáticamente sin intervención humana frente a posicionesfijas en las que el trabajo ha sido preparado y ubicado de modo adecuadoejecutando movimientos repetitivos en el tiempo, que obedecen a lógicascombinatorias, secuenciales, programadores paso a paso, neumáticos oControladores Lógicos Programables. Un aspecto muy importante está constituidopor la facilidad de rápida reprogramación que convierte a estos Robots enunidades "versátiles" cuyo campo de aplicación no sólo se encuentra en lamanipulación de materiales sino en todo los procesos de manufactura, como porejemplo: en el estampado en frío y en caliente asistiendo a las máquinas-herramientas para la carga y descarga de piezas. En la inyección determoplásticos y metales no ferrosos, en los procesos de soldadura a punto ycontinúa en tareas de pintado y reemplazando con ventaja algunas operacionesde máquinas convencionales.

Robots de tercera generación:

Son dispositivos que habiendo sido construidos para alcanzar determinadosobjetivos serán capaces de elegir la mejor forma de hacerlo teniendo en cuenta elambiente que los circunda. Para obtener estos resultados es necesario que elrobot posea algunas condiciones que posibiliten su interacción con el ambiente ylos objetos. Las mínimas aptitudes requeridas son: capacidad de reconocer unelemento determinado en el espacio y la capacidad de adoptar propias

trayectorias para conseguir el objetivo deseado. Los métodos de identificaciónempleados hacen referencia a la imagen óptica por ser esta el lenguaje humanoen la observación de los objetos, sin embargo no puede asegurarse que la que esnatural para el hombre, constituye la mejor solución para el robot.

Tipos de configuraciones para robots industriales

Cuando se habla de la configuración de un robot, se habla de la forma física quese le ha dado al brazo del robot.

El brazo del manipulador puede presentar cuatro configuraciones clásicas: lacartesiana, la cilíndrica, la polar y la angular.

Configuración cartesiana:

Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tres grados de libertad, los cualescorresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y y Z.Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base eninterpolaciones lineales. Interpolación, en este caso, significa el tipo de trayectoriaque realiza el manipulador cuando se desplaza entre un punto y otro.A la trayectoria realizada en línea recta se le conoce como interpolación lineal y ala trayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen susarticulaciones se le llama interpolación por articulación.

Configuración cilíndrica:

Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, o sea, que presenta tresgrados de libertad.

El robot de configuración cilíndrica está diseñado para ejecutar los movimientosconocidos como interpolación lineal e interpolación por articulación.

La interpolación por articulación se lleva a cabo por medio de la primeraarticulación, ya que ésta puede realizar un movimiento rotacional.

Configuración polar:

Tiene varias articulaciones. Cada una de ellas puede realizar un movimientodistinto: rotacional, angular y lineal.

Este robot utiliza la interpolación por articulación para moverse en sus dosprimeras articulaciones y la interpolación lineal para la extensión y retracción.

Configuración angular (o de brazo articulado):

Presenta una articulación con movimiento rotacional y dos angulares. Aunque elbrazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolación lineal (para locual requiere mover simultáneamente dos o tres de sus articulaciones), elmovimiento natural es el de interpolación por articulación, tanto rotacional comoangular.

Además de las cuatro configuraciones clásicas mencionadas, existen otrasconfiguraciones llamadas no clásicas.

El ejemplo más común de una configuración no clásica lo representa el robot tipoSCARA, cuyas siglas significan: Selective apliance arm robot for assembly. Estebrazo puede realizar movimientos horizontales de mayor alcance debido a sus dosarticulaciones rotacionales. El robot de configuración SCARA también puede hacerun movimiento lineal (mediante su tercera articulación).

Volumen de trabajo

Para acercarnos más al conocimiento de los robots industriales, es preciso tocar eltema que se refiere al volumen de trabajo y la precisión de movimiento.Entre las características que identifican a un robot se encuentran su volumen detrabajo y ciertos parámetros como el control de resolución, la exactitud y larepetibilidad.El volumen de trabajo de un robot se refiere únicamente al espacio dentro del cualpuede desplazarse el extremo de su muñeca. Para determinar el volumen detrabajo no se toma en cuenta el efecto final. La razón de ello es que a la muñecadel robot se le pueden adaptar gripers de distintos tamaños.

Para ilustrar lo que se conoce como volumen de trabajo regular y volumen detrabajo irregular, tomaremos como modelos varios robots.

El robot cartesiano y el robot cilíndrico presentan volúmenes de trabajo regulares.El robot cartesiano genera una figura cúbica.

El robot de configuración cilíndrica presenta un volumen de trabajo parecido a uncilindro (normalmente este robot no tiene una rotación de 360°)

Por su parte, los robots que poseen una configuración polar, los de brazoarticulado y los modelos SCARA presentan un volumen de trabajo irregular.

Sistemas de Impulsión de los robots industriales:

Los más comunes son tres: impulsión hidráulica, impulsión eléctrica e impulsiónneumática.Hidráulico.El sistema de impulsión hidráulica es en la que se utiliza un fluido, generalmenteun tipo de aceite, para que el robot pueda movilizar sus mecanismos. La impulsiónhidráulica se utiliza para robots grandes, los cuales presentan mayor velocidad ymayor resistencia mecánica.

Eléctrico.Se le da el nombre de impulsión eléctrica cuando se usa la energía eléctrica paraque el robot ejecute sus movimientos. La impulsión eléctrica se utiliza para robotsde tamaño mediano, pues éstos no requieren de tanta velocidad ni potencia comolos robots diseñados para funcionar con impulsión hidráulica. Los robots que usanla energía eléctrica se caracterizan por una mayor exactitud y repetitividad.

Neumático.Sólo resta hablar de aquellos robots que se valen de la impulsión neumática pararealizar sus funciones. En la impulsión neumática se comprime el aire abastecidopor un compresor, el cual viaja a través de mangueras.

Los robots pequeños están diseñados para funcionar por medio de la impulsiónneumática.Los robots que funcionan con impulsión neumática están limitados a operacionescomo la de tomar y situar ciertos elementos.

Es importante señalar que no todos los elementos que forman el robot puedentener el mismo tipo de impulsión.

4. SISTEMAS BASADOS EN ELEMENTOS DISCRETOS

2.1 Generalidades del Método de los Elementos Discretos (MED)El método de los elementos discretos simula el comportamiento mecánico de unmedio formado por un conjunto de partículas las cuales interaccionan entre si através de sus puntos de contacto. La disposición de las partículas dentro delconjunto global del sistema o medio es aleatoria, por lo que se puede formarmedios con diferentes tamaños de partículas distribuidos a lo largo del conjunto,idealizando de este modo la naturaleza granular de los medios que usualmente seanaliza y se simula mediante esta técnica numérica.Principalmente se pueden distinguir las siguientes propiedades básicas quedefinen de forma global y a grandes rasgos este método de análisis numérico:• Las partículas como elementos discretos que en su conjunto conforman elsistema complejo de partículas.• Estos elementos distintos como también se le conoce se desplazanindependientemente uno de otros e interaccionan entre sí en las zonas decontacto.• En este método a nivel de cada partícula se hace uso de la mecánica del cuerporígido y los elementos discretos se consideran elementos rígidos en sí.El modelo constitutivo que define el comportamiento global del material esestablecido en las zonas de contactos entre partículas. La caracterización de loscontactos en el modelo se describe por los siguientes elementos mecánicos:• Muelles: Los elementos muelles describen la fase de comportamiento elástico delmedio en la zona de contacto entre cada partícula. Este comportamiento elásticoqueda caracterizado por dos muelles uno en la dirección de contacto normal y otroen la dirección tangencial, los cuales corresponden con la descomposición de

fuerzas de contacto que se utilizan en la formulación del método • Pistones: Por suparte los pistones son elementos que toman en cuenta la viscosidad del medioque se simula. En la formulación establecida indistintamente puede emplearsevarios modelos de contacto que pueden ser delimitados en modelos de contactoviscoso y no viscoso, lo que permite aplicar el modelo a un gran número deproblemas mecánicos, tanto elásticos como visco elásticos.• Elementos de fricción: Los elementos de fricción describen la descohesión y elfallo del material en la zona de contacto entre cada partícula. Cuando en elcontacto, se produce la rotura, esta partícula se desprende del medio.Como el medio es descrito por un sistema de partículas es necesario emplear laecuación de balance de la cantidad de movimiento. Supóngase para ello de unsistemas discreto formado por n elementos distintos tal que cada partícula i tieneuna masa mi, que se mueve con una aceleración ai y esta sometida a una fuerzafi. En este caso la segunda ley de Newton establece que la fuerza que actúa sobrelas partículas es igual a la masa de cada elemento distinto o discreto por suaceleración. Utilizando la definición de aceleración como la derivada de lavelocidad material de la velocidad y teniendo en cuenta el principio deconservación de la masa (variación de la masa de la partícula es igual a cero) setiene:

Definiendo la cantidad de movimiento de la partícula como el producto de su masapor su velocidad (mi , vi), expresa que la fuerza que actúa sobre el elementodistinto es igual a la variación de la cantidad de movimiento de la misma.Aplicando este concepto y la segunda Ley de Newton al sistema de n partículas oelementos decretos se tiene:

Partiendo del principio que se cumple el principio de conservación de la masa

la ecuación anterior expresa que la resultante de todas las fuerzas queactúan sobre el sistema discreto de partículas es igual a la variación por unidad detiempo de la cantidad de movimiento del mismo.La ley de Newton proporciona la relación fundamental entre el movimiento delsistema de partículas y las fuerzas que causan dicho movimiento. El sistema defuerzas puede estar en equilibrio estático cuando estas no están en movimiento ono actúan fuerzas sobre los diferentes elementos distintos o el medio en cuestión.

Las fuerzas, los desplazamientos, tensiones y deformaciones son determinados anivel de cada contacto entre los elementos distintos. En correspondencia con elmodelo constitutivo empleado estos elementos mecánicos son descompuestos ensus componentes normales y desviadores.La formulación establecida para el desarrollo del modelo mediante elementosdiscretos, adopta una serie de hipótesis que permiten simplificar el problema realdesechando los aspecto menos significativos y permitiendo establecer un modelofísico y matemático del problema en estudio. Las hipótesis que se establecen sonlas siguientes:1. Las partículas o elementos son consideradas como cuerpos rígidos.2. El contacto ocurre en el punto o área muy pequeña de contacto entre cadapartícula.3. En las uniones entre partículas se considera que existe contactos entre loselementos discretos.4. Todas las partículas son circulares. En 2D se empelan cilindros y en 3D esferas.Si embargo, la formulación puede considerar o emplear otros tipos de partículascon formas diversas y arbitrarias.5. La generación del medio empleando elementos discretos debe ser aleatoria ylos diámetros de los mismos deben ser tratados de forma similar (posición ydiámetro de los elementos distintos aleatorio).6. Se trabaja en el campo de las pequeñas deformaciones.7. El comportamiento constitutivo en la zona de contacto emplea una tolerancia(separación / penetración) donde las partículas o elementos distintos se le permitecierto solape (gap o penetración) o separación en el punto de contacto lo queimplica desde el punto de vista numérico un contacto aproximado.8. La magnitud del solape (penetración o gap) y la separación está relacionadacon la fuerza de contacto, la ley fuerza-desplazamiento (modelo constitutivo decontacto), y la magnitud de estos es pequeña con relación al tamaño de loselementos distintos o partícula.Asumir que las partículas son elementos rígidos es bueno más cuando ladeformación en un sistema físico es considerada a partir del movimiento a lo largode las interfaces o zona de contacto entre las partículas.En la formulación del modelo se han incluido elementos rígidos o paredes a loscuales se le pueden imponer condiciones de contorno como velocidadesimpuestas, desplazamientos, fuerzas o el caso totalmente opuesto comorestricciones de movimiento.

2.2 Generalidades del software empleado para la modelización usando elMétodo de los Elementos Discretos o Distintos (MED).El DEMSim modela de movimiento e interacción de sistemas complejos departículas rígidas circulares (2D) o esféricas (3D) usadas en el método de loselementos distintos (DEM). El MED fue introducido por Cundall [ 3 ] (1971) para elanálisis de problemas de mecánica de rocas y con posterioridad se aplico a lossólidos por Cundall y Strack[ 4 ] (1979).En el DEMSim, la interacción de las partículas es abordada en el proceso decálculo como un proceso dinámico con desarrollo de estados de equilibrio siemprey cuando exista un balance de las fuerzas interiores. La fuerza de contacto, losdesplazamientos, tensiones y deformaciones relativas de unas partículas delconjunto son encontrados o determinados a través de los movimientos quepresentan las partículas individuales. Los movimientos son el resultado de lapropagación a través del sistema de partículas de perturbaciones (condiciones decontorno impuestas: fuerzas, desplazamientos, velocidades, etc.) causadas por lasparedes o por condiciones impuestas a los mismos elementos discretos. En esteproceso dinámico la velocidad de propagación de las perturbaciones impuestassobre el sistema de partículas dependen de la propiedades físicas y mecánicas delsistema discreto en cuestión.El comportamiento dinámico del sistema de partículas es numéricamenterepresentado por un algoritmo explicito con determinados paso de tiempoconsiderando que las velocidades y aceleraciones son constantes dentro de cadapaso de tiempo. El DEM se basa en la idea de que el paso de tiempo escogidotiene que ser muy pequeño de forma tal que durante las propagación de unaperturbación de una partícula a otra en un pasos de tiempo determinado no sepuede propagar la misma mas allá que a los vecinos inmediatos de cada partícula.Este aspecto propicia que en todo momento, las fuerzas que actúan en cualquierpartícula son exclusivamente determinadas por su interacción con las partículasque está en contacto.El paso de tiempo se asume en función de las propiedades físicas y mecánicas delmedio lo que posibilita asegurar que la velocidad a que una perturbacióndeterminada se propaga cumpla con la restricción y suposiciones anteriores.El proceso de cálculo en el DEM se realiza alternando la aplicación de la segundaley de Newton y una ley de fuerza-desplazamiento (ecuación constitutiva decontacto) en los contactos existentes entre cada elemento distinto que conforma elsistema de partículas. La segunda ley de Newton se usa para determinar elmovimiento de cada partícula que se origina como resultado de la acción de lasfuerzas de contacto y las fuerzas volumétricas, mientras que la ley constitutiva (leyfuerza-desplazamiento) se emplea para actualizar las fuerzas originadas por elmovimiento relativo en cada contacto. En los contactos esfera pared sólo se

requiere aplicar la ley de fuerza-desplazamiento para cada contacto y no esnecesario aplicar la ley de Newton porque en el caso de las paredes losmovimientos son prefijados como condiciones impuestas.

5. CONCLUSIONES

La tecnología continuará ofreciendo descubrimientos y desarrollos que la mentehumana no podrá creer. Muchos piensan que tener una página Web es garantíade éxito. La tecnología tiene una naturaleza perversa, porque da la falsasensación de suficiencia. Hay que poner a la tecnología en su justa dimensión,pero es innegable el papel fundamental que ha cumplido dentro de lasorganizaciones y por lo tanto dentro de la humanidad, eso también significa losefectos negativos y positivos. Según Rifkin, autor del "Best Séller", la tecnologíaestá remplazando a pasos agigantados a los puestos de trabajo en las empresas yaventuró que para el 2020 observaremos la implacable eliminación de lostrabajadores de las fábricas.

Hemos conocido la evolución de la ciencia, la técnica y al tecnología, en especialésta última en un elemento de suma importancia en la economía globalizadaactual (Tercera Ola de Alvin Toffer), que junto al conocimiento y a otros valores,intangibles (cultura, valores simbólicos, filosofía organizacional, información,datos) constituyen las bases para una organización competitiva y siempredispuesto al cambio. Al decir de Rifkin: La tecnología es poder, pero no lo esTODO...

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