Líneas específicas de investigación

Las líneas de investigación de la Escuela de Ingeniería Mecánica  están vinculadas a las principales áreas de estudio en las cuales se desarrolla el pensum de estudios de la carrera, siendo estas:

• ÁREA  TÉRMICA
• ÁREA DE DISEÑO
• ÁREA DE MATERIALES
• ÁREA COMPLEMENTARIA

Cada una de las áreas referidas constituyen lo ejes principales de investigación, que a su vez se subdividen en líneas de investigación vinculadas a los cursos del pensum, de las cuales derivan los diversos temas de investigación.

Los ejes de investigación se desarrollan bajo la responsabilidad de un coordinador de área encargado de su estructuración.

Se incluye un eje relacionado a la Enseñanza en Ingeniería Mecánica, con la línea de investigación relacionada a Innovaciones Metodológicas.

Como inicio de la actividad global de investigación, la Junta Directiva de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala, con fecha julio de 2011, aprobó el proyecto específico de Investigaciones Metalúrgicas, destinado a desarrollar temas  de trascendencia científico tecnológicas a nivel de graduandos, y de profesores investigadores.

El desarrollo de los trabajos de graduación  de los Ingenieros Mecánicos, se ha enmarcado dentro de las líneas de investigación.

PRESENTACIÓN DE LAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN DE LA    ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA.

La Escuela de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería, de la Universidad de San Carlos de Guatemala, con base en lo siguiente:

1.-  Cuarenta años de la carrera de Ingeniería Mecánica, sirviendo al país mediante la formación de Ingenieros Mecánicos que han suplido las necesidades del ramo en los sectores: productivo, científico-técnico y gubernamental.

2.-  Los objetivos fundamentales de desarrollo de la Facultad de Ingeniería de la USAC, proyectados hacia las necesidades de la sociedad guatemalteca en general, representada por los sectores citados.

3.- El perfil del Ingeniero Mecánico actual, definido por los estudios recientes de reestructuración y reorientación de la carrera.

4.- El aporte de la ingeniería nacional al crecimiento de la economía.

5.- La inserción de la Ingeniería Mecánica en el mundo competitivo y globalizado con estándares de formación e investigación experimental aplicada con resultados y creación de nuevo conocimiento para el desarrollo nacional con publicaciones de prestigio para que los egresados de la escuela de Ingeniería Mecánica estén al nivel de instituciones de prestigio internacional.

6.- La preservación y cuidado del medio ambiente.

La Escuela de Ingeniería Mecánica está conformada por las áreas incluidas en el Área de Investigación:

<  AREA TÉRMICA

<  AREA DE DISEÑO

< AREA DE MATERIALES DE INGENIERÍA

<  AREA COMPLEMENTARIA

1.-  Sobre estas áreas se basan los ejes de investigación

2.-  Las líneas de investigación tratan en lo posible estar relacionadas con los cursos de dichas áreas.

3.-  Se incluye el área de Energías y Generación

Propuesta de Estructura de Investigación:

< Ejes de Investigación

< Líneas de Investigación

< Temas de Investigación

Que es Investigación:

De acuerdo a las definiciones que presenta la Real Academia Española (RAE) sobre la palabra investigar (vocablo que tiene su origen en el latín investigare), este verbo se refiere al acto de llevar a cabo estrategias para descubrir algo. También permite hacer mención al conjunto de actividades de índole intelectual y experimental de carácter sistemático, con la intención de incrementar los conocimientos sobre un determinado asunto.

En ese sentido, puede decirse que una investigación está determinada por la averiguación de datosola búsqueda de soluciones para ciertos inconvenientes. Cabe destacar que una investigación, en especial en el plano científico, es un proceso sistemático (se obtiene información a partir de un plan preestablecido que, una vez asimilada y examinada, modificará o añadirá conocimientos a los ya existentes), organizado(es necesario especificar los detalles vinculados al estudio) y objetivo (sus conclusiones no se amparan en un parecer subjetivo, sino en episodios que previamente han sido observados y evaluados).  Indagar, inspeccionar, explorar, experimentar, examinar y rastrear.
Con un rigor científico investigación es una serie de procedimientos que se llevan a cabo con el fin de alcanzar nuevos conocimientos fehacientes sobre un hecho o fenómeno que, una vez encontrados nos puedan ayudar a establecer conclusiones y soluciones a circunstancias causadas por ellos.

1.- Generación y Aprovechamiento de la Energía.

Responsable con el Medio Ambiente.

Energía:

La energía es la capacidad de poner en movimiento o transformar algo. En un sentido económico, la energía es el recurso natural que, gracias a la tecnología y a diversos elementos asociados, puede utilizarse a nivel industrial.
Máquinas Térmicas:

Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, diésel, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicasde forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua. A través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor (normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo.

< Hidrógeno, biocombustibles, celdas de combustible, solar térmica

<  Motores Diésel, Gasolina, Stirling

<  Turbinas de Gas

Calderas:

Aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de energía térmica, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase.

< Tipos de calderas

< Combustibles, gas, bunker, carbón, coque, nuclear, biomasa

< Tratamiento de agua

Refrigeración:

La refrigeración es un proceso que consiste en bajar o mantener el nivel de calor de un cuerpo o un espacio. Considerando que realmente el frío no existe y que debe hablarse de mayor o menor cantidad de calor o de mayor o menor nivel térmico (nivel que se mide con la temperatura), refrigerar es un proceso termodinámico en el que se extrae calor del objeto considerado (reduciendo su nivel térmico), y se lleva a otro lugar capaz de admitir esa energía térmica sin problemas o con muy pocos problemas. Se entiende por refrigeración a aquel proceso mediante el cual se busca bajar o reducir la temperatura del ambiente, de un objeto o de un espacio cerrado a partir del enfriamiento de las partículas. Este proceso de refrigeración es por lo general artificial aunque sus principios se basan en la refrigeración natural que se da en el medio ambiente. Hay diversos tipos de refrigeración que son utilizados en diferentes situaciones, pero por lo general el más común es aquel que se realiza en el ambiente doméstico a través de aparatos como heladeras, refrigeradores y congeladores.

<  Diseño de sistemas de refrigeración, standard, adiabático.

<  Sistemas portátiles, transporte

<  Cuartos refrigerados

<  Sistemas solares, intercambiadores de calor con energías renovables

Aire Acondicionado:

Climatización.

El acondicionamiento de aire es el proceso que se considera más completo de tratamiento del aire ambiente de los locales habitados; consiste en regular las condiciones en cuanto a la temperatura (calefacción o refrigeración), humedad, limpieza (renovación, filtrado) y el movimiento del aire dentro de un local, industria, edificio, hospital . Entre los sistemas de acondicionamiento se cuentan los autónomos y los centralizados. Los primeros producen el calor o el frío y tratan el aire.  Los segundos tienen un acondicionador que solamente trata el aire y obtienen la energía térmica (calor o frío) de un sistema centralizado.  En este último caso, la producción de calor suele confiarse a calderas que funcionan con combustibles.  La de frío a máquinas frigoríficas, que funcionan por compresión o por absorción y llevan el frío producido mediante sistemas de refrigeración.

La expresión aire acondicionado suele referirse a enfriamiento del ambiente en forma artificial, pero no es correcto, puesto que también debe referirse a la calefacción, siempre que se traten (acondicionen) todos o algunos de los parámetros del aire de la atmósfera.  Lo  más importante que trata el aire acondicionado, la humedad del aire, no ha tenido importancia en la calefacción, puesto que casi toda la humedad necesaria cuando se calienta el aire, se añade de modo natural por los procesos de respiración y transpiración de las personas.

< Sistemas no centralizados

< Sistemas centralizados

< Diseño de sistemas de aire acondicionado

< Sistemas standard y  adiabático

Sistemas, Equipos y Plantas de Generación:

La generación de electricidad consiste en la transformación de alguna clase de energía «no eléctrica» (sea esta química, mecánica, térmica, luminosa, etc.) en energía eléctrica.

<  Energías Renovables: Solar, Eólica, Geotérmica, Nuclear, Mareomotriz, Biomasa, Hidráulica

<  Bombas, compresores

< Turbinas: hidráulicas, eólicas, vapor, gas, tidal,

2.- Diseño Mecánico

Diseño: Es la concepción original de un objeto u obra destinados a la producción en serie

Diseño Mecánico: Ámbito de trabajo: Ingeniería Mecánica

Diseñar: proceso de crear soluciones eficaces

Objetivo: proporcionar una o varias soluciones para definir un producto de forma que satisfaga los requisitos y restricciones establecidas

Máquinas

Se denominan máquinas a ciertos aparatos o dispositivos que se utilizan para transformar o compensar una fuerza resistente o levantar un peso en condiciones más favorables.  Es decir, realizar un mismo trabajo con una fuerza aplicada menor, obteniéndose una ventaja mecánica.  Esta ventaja mecánica comporta tener que aplicar la fuerza a lo largo de un recorrido (lineal o angular) mayor. Además, hay que aumentar la velocidad para mantener la misma potencia.   Las primeras máquinas eran sencillos sistemas que facilitaron a hombres y mujeres sus labores, hoy son conocidas como máquinas simples.

< Ensamble de máquinas

< Construcción de máquinas

< Elementos de máquinas

Mecanismos

Se le llama mecanismo a los dispositivos que reciben una energía de entrada y, a través de un sistema de transmisión y transformación de movimientos. Los mecanismos son elementos destinados a transmitir y transformar fuerzas y movimientos desde un elemento motriz (motor) a un elemento conducido.Mecanismo;  Conjunto de las partes de una máquina en su disposición adecuada.

< Ensamble de mecanismos

< Implementación de mecanismos

< Diseño de mecanismos

Instalaciones Mecánicas

Instalación: conjunto de aparatos, conductos u otros elementos destinados a complementar las condiciones de habitabilidad de un edificio, utilidad de una planta, industria, hotel, hospital etc.  O prestar un servicio, existen instalaciones eléctricas, mecánicas, gas, aire, agua, etc.

< Instalaciones neumáticas

< Instalaciones hidráulicas

< Instalaciones de vapor

Simulación y Software en Ingeniería Mecánica

Simulación: Es el artificio contextual que referencia la investigación de  una hipótesis o un conjunto de hipótesis utilizando modelos. Se puede utilizar en diseño, mantenimiento, operación de máquinas y elementos, mecanismos o equipos de generación.

Thomas T. GoldSmith Jr. y Estle Ray Mann la define así: «Simulación es una técnica numérica para conducir experimentos en una computadora digital. Estos experimentos comprenden ciertos tipos de relaciones matemáticas y lógicas, las cuales son necesarias para describir el comportamiento y la estructura de sistemas complejos del mundo real a través de largos períodos».

Una definición más formal formulada por R.E. Shannon es: «La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término experiencias con él, con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias dentro de los límites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos  para el funcionamiento del sistema».

< Simulación en Área Térmica

< Simulación en Ingeniería de Materiales

< Análisis de Elementos Finitos.  FEA

< Simulación en Diseño

< Simulación en Área de Energía

3.- Materiales de Ingeniería Mecánica

Ciencia de los materiales:

La Ciencia de Materiales se encarga del estudio de la preparación, estructura cristalina y propiedades físicas y químicas de los materiales, y de cómo adaptarlos a usos específicos. El objetivo de esta orientación es proveer una capacitación intensiva en la interrelación existente entre los materiales y sus propiedades, consolidando y ampliando conocimientos tanto experimentales como teóricos, con énfasis en metales, cerámicos, polímeros y composites. La finalidad de los cursos es por un lado dar una formación experimental y teórica en la diversidad de materiales existentes en la naturaleza, con una mayor profundización acorde a la investigación o tesis elegida, y en segundo lugar estudiar aquellos fenómenos que permitan comprender las propiedades de los materiales existentes y avanzar en la generación de nuevos materiales. El desarrollo de biomateriales para implantes quirúrgicos. La investigación y desarrollo de cerámicas avanzadas y materiales porosos con propiedades particulares (superconductividad, magneto resistencia colosal, conductividad mixta) o aplicaciones específicas (soportes para catalizadores, separación isotópica). Las propiedades mecánicas y de alta temperatura de composites de matriz metálica y sistemas con gradiente de composición. El desarrollo tecnológico para la gestión y acondicionamiento de residuos nucleares e industriales. El estudio de las transiciones de fase difusivas y no difusivas; efecto memoria de forma. La preparación de materiales por aleado mecánico. La determinación de los mecanismos de reacciones heterogéneas sólido-gas. Los trabajos teóricos involucran el modelado de transiciones de fase en sistemas metálicos, el modelado fisicoquímico y simulaciones computacionales de sistemas metal-hidrógeno y el modelado fisicoquímico de reacciones sólido-gas.

< Nano-metalurgia y nano-materiales

< Materiales compuestos

< Corrosión

< Polímeros

< Cerámicos

Metalurgia

1.- Técnica que se ocupa de la obtención y elaboración de los metales a partir de los minerales que los contienen

2.-  Ciencia que estudia las propiedades de los metales

3.- Conjunto de las industrias que se dedican a la elaboración de metales

<  Soldadura

<  Metalurgia de Polvos, manufactura con aditivos, Impresora 3D,

< Sinterizado, Presión Isostática en caliente, Presión Isostática en frío.,

< Nano Metalurgia

<  Tratamientos Térmicos

<  Solidificación y Fundición

< Aleaciones Ferrosas y No ferrosas

< Metalurgia Extractiva

< Metalurgia Física

< Metalurgia Mecánica

Metalografía

Es la rama de la metalurgia que estudia la estructura de un metal-aleación y la relaciona con la composición química, con las propiedades mecánicas y físicas. Este estudio es llevado a cabo con la aplicación de diversas y variadas técnicas especiales.  En los comienzos de la metalurgia, se utilizaron para conocer las propiedades físicas y mecánicas de los materiales, los análisis químicos y los ensayos mecánicos. Con estos métodos no quedaba definido completamente el metal o la aleación, con la aparición de la metalografía comenzó una información muy valiosa que se refiere a la forma y tamaño del grano, conformación de los constituyentes capaces de ejercer gran influencia sobre la dureza, resistencia a la tracción resiliencia, fatiga, etc., los cuales pue- den ser modificados por los tratamientos térmicos o conformación mecánica. La metalografía es la ciencia que estudia las características micro -estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas, químicas y mecánicas.

<   Inspección Visual

<   Microscopía y Nanoscopía

<  Caracterización y Análisis

<  Macroscopía

4.-  Procesos Industriales

Un proceso es comprendido como todo desarrollo sistemático que conlleva una serie de pasos ordenados u organizados, que se efectúan o suceden de forma alternativa o simultánea, los cuales se encuentran estrechamente relacionados entre sí y cuyo propósito es llegar a un resultado preciso. Desde una perspectiva general  se entiende que el devenir de un proceso implica una evolución en el estado del elemento sobre el que se está aplicando el mismo hasta que este desarrollo llega a su conclusión. De esta forma, un proceso industrial acoge el conjunto de operaciones diseñadas para la obtención, transformación o transporte de uno o varios productos primarios.

Medición y Control de Variables de Procesos

Ingeniería de Control

La ingeniería de control es la rama de la ingeniería que se basa en el uso de elementos sistemáticos como controladores PLC y PAC, control numérico o servomecanismos relacionados con aplicaciones de la tecnología de la información, como son tecnologías de ayuda por computador CAD, CAM o CAX, para el control industrial de maquinaria y procesos, reduciendo la necesidad de intervención humana. En el ámbito de la industrialización, la automatización está un paso por delante de la mecanización. Mientras que la mecanización provee operadores humanos con maquinaria para ayudar a exigencias musculares de trabajo, la automatización reduce considerablemente la necesidad para exigencias humanas sensoriales y mentales. Los procesos y los sistemas también pueden ser automatizados.

La Ingeniería de Control se preocupó desde sus orígenes de la automatización y del control automático de sistemas complejos, sin intervención humana directa. Campos como el control de procesos, control de sistemas electromecánicos, supervisión y ajuste de controladores y otros donde se aplican teorías y técnicas entre las que podemos destacar: Control óptimo, predictivo, control y control no lineal entre otros, todo ello con trabajos y aplicaciones muy diversas (investigación básica, investigación aplicada, militares, industriales, comerciales, etc.), las cuales han hecho de la ingeniería de control una materia científica y tecnológica imprescindible hoy en día.

Control

Control es un área de la ingeniería y forma parte de la Ingeniería de Control. Se centra en el control de los sistemas dinámicos mediante el principio de la realimentación, para conseguir que las salidas de los mismos se acerquen lo más posible a un comportamiento predefinido. Esta rama de la ingeniería tiene como herramientas los métodos de la teoría de sistemas matemática.

Las bases de esta ingeniería se sentaron a mediados del Siglo XX a partir de la cibernética. Sus principales aportaciones corresponden a Norbert Wiener, Rudolf Kalman y David G. Luenberger.

La ingeniería de control es una ciencia interdisciplinar relacionada con muchos otros campos, principalmente las matemáticas y la informática. Las aplicaciones son de lo más variado: desde tecnología de fabricación, instrumentación médica, Subestación eléctrica, ingeniería de procesos, robótica hasta economía y sociología. Aplicaciones típicas son, por ejemplo, el piloto automático de aviones y barcos y el ABS de los automóviles. En la biología se pueden encontrar también sistemas de control realimentados, como por ejemplo el habla humana, donde el oído recoge la propia voz para regularla.

El control de temperatura en una habitación es un ejemplo claro y típico de una aplicación de ingeniería de control. El objetivo es mantener la temperatura de una habitación en un valor deseado, aunque la apertura de puertas y ventanas y la temperatura en el exterior hagan que la cantidad de calor que pierde la habitación sean variables (perturbaciones externas). Para alcanzar el objetivo, el sistema de calefacción debe modificarse para compensar esas perturbaciones. Esto se hace a través del termostato, que mide la temperatura actual y la temperatura deseada, y modifica la temperatura del agua del sistema de calefacción para reducir la diferencia entre las dos temperaturas.

<  Medición de Variables

<  Sistemas de lazo cerrado

<  Sistemas de lazo abierto

Optimización de Procesos

<  Secuencialización

<  Análisis de Variables

<  Calidad Total

< Automatización, Mecatrónica y Robótica Industrial

Montaje de Equipo

< Seguridad Industrial

< Aislamiento

< Cimentación

< Vibraciones Mecánicas

Conservación y Recuperación de Equipo

<  Maquinaria de Minería, Construcción, Sistemas de transporte, Industria, procesos

<  Clasificación del Mantenimiento, Software

<  Vibraciones, Tribología

5.-  Enseñanza de la Ingeniería mecánica

Innovaciones Metodológicas

< Enseñanza aprendizaje

< Evaluación del aprendizaje

< Investigación experimental aplicada, publicar artículo en revista indexada ISSN.

< Metodologías online

Método Holístico, Saber-hacer, enseñar -aprender