Nuestros servicios se encuentran restringidos a residentes en España, Andorra y Portugal.

Traducido de "Design News" - Raghavendra Angara, Ph.D

Analizar sistemas o problemas de ingeniería es un proceso con tres pasos. El primer paso es la formulación del problema. Los ingenieros necesitan estudiar el sistema físico y desarrollar un modelo representativo.

El modelado puede ser tan simple como dibujar un diagrama de cuerpo libre con las fuerzas que actúan sobre un cuerpo o tan complejo como desarrollar un modelo mecánico de un oído humano. El modelo obtenido necesita ser convertido en ecuaciones con datos conocidos e incógnitas. Un ejemplo de modelado es considerar cuerpos elásticos como sistemas de masa, muelle y amortiguador, dibujando los diagramas de cuerpo libre y formulando las ecuaciones de fuerza. Otro ejemplo es encontrar la función de transferencia de un sistema convirtiendo las ecuaciones del sistema en ecuaciones de Laplace.

El segundo paso del proceso es resolver las ecuaciones matemáticas que se desarrollaron en el primer paso. En este paso, a menudo se utilizan condiciones iniciales, condiciones de contorno, o cualquier otra condición indicada en el enunciado del problema. Por ejemplo, podemos resolver las ecuaciones eléctricas o electrónicas para encontrar la fuente de tensión equivalente de Thevenin, o resolver la ecuación de transferencia de calor y encontrar la temperatura para una longitud particular de una varilla de latón.

El tercer paso es interpretar los resultados, explicando qué significan los resultados, y, si es necesario, modificando el diseño para resolver el problema. Un ejemplo de este paso es la conclusión de que el resistor se quemará, porque el calentamiento Joule es mayor que su potencia nominal. Otro ejemplo daría la conclusión que la viga fallará, porque el estrés es mayor que su límite elástico. Para un sistema más complejo, los ingeniero deben interpretar la estabilidad del sistema basándose en la localización de sus polos y ceros.

Aunque todos estos pasos son importantes, la mayoría de los libros de ingeniería limitan la discusión sobre las técnicas de modelado y en cómo interpretar los resultados a unas pocas páginas. Los métodos de solución constituyen el grueso del libro. Por ejemplo, los libros de ingeniería de sistemas de control utilizan solo unas páginas en la formulación de las funciones de transferencia de los sistemas físicos y emplean la mayoría de sus páginas en resolver los problemas matemáticos. Montones de páginas explican como graficar el lugar de las raices encontrando los polos, ceros, asíntotas, puntos de ruptura, ángulos de salida, etc. De forma análoga, únicamente una pequeña proporción de los programas típicos para graduado de ingeniería electrónica están dedicados a desarrollar modelos SPICE para componentes electrónicos.

En las pasadas dos décadas los avances en la potencia de cálculo han dado lugar a extraordinarios progresos en las herramientas para resolver problemas. Herramientas de software como Maple pueden resolver ecuaciones diferenciales y proporcionar resultados en poquísimo tiempo. Mientras que dibujar un buen gráfico del lugar de las raíces con lápiz y papel puede tomar como mínimo unos 20 minutos, MATLAB puede hacer el mismo trabajo en microsegundos sin ningún error. La respuesta al escalón o al impulso puede generarse en un instante. Los paquetes de análisis de elementos finitos como Ansys, Abaqus, o COMSOL pueden resolver problemas electromagnéticos 3D complicados con gran facilidad.

El punto más importante es que los resultados ofrecidos por estas herramientas son tan buenos como el modelo utilizado por el ingeniero. El modelo debería de ser una representación tan cercana al sistema físico como sea posible para que los resultados reflejen las verdaderas condiciones del sistema real. Como cada vez es más fácil resolverlos, cada vez tiene más sentido utilizar más tiempo para mejorar las capacidades de modelado. La importancia de un modelado preciso aumenta con la emergencia de disponer de herramientas de resolución de problemas más nuevas y rápidas.

Por todos los medios, los ingenieros deberían de disponer de las capacidades matemáticas necesarias para resolver problemas numéricos. Sin subestimar el valor de las capacidades de resolución, será más beneficioso para los nuevos ingenieros si los libros de texto futuros dedican la mayoría de sus páginas a modelar e interpretar los resultados.

Raghavendra Angara, PhD, es un ingeniero sénior de I+D en mecatrónica. Pertence al ASME, ISA, IEEE, y ASQ.

¡Atención! Este sitio usa cookies y tecnologías similares. Si no cambia la configuración de su navegador, usted acepta su uso.