FUNDAMENTOS de MECÁNICA que debes de saber antes de estudiar MECATRÓNICA.

Escrito por: Cristian Alejandro Pérez Ortiz

Como lo hemos estado explicando en este blog, la ingeniería mecatrónica abarca fascinantes disciplinas, siendo una de ellas es la ingeniería mecánica. En este artículo, hablaré sobre los fundamentos de la mecánica que debes conocer antes de ingresar al campo de la mecatrónica.

Primero que nada, veamos qué es la ingeniería mecánica. Según la Universidad Alfonso X El Sabio (s.f.) "La ingeniería mecánica es una de las ramas más antiguas de la ingeniería. Combina los principios de la física de la ingeniería y las matemáticas con la ciencia de los materiales, a fin de diseñar, analizar, fabricar y mantener sistemas mecánicos". 

Esta definición me parece muy completa y al mismo tiempo interesante. Sin embargo, me gustaría escuchar la definición de viva voz de alguien que esté estudiando la carrera de mecánica. Sería enriquecedor conocer su perspectiva y experiencias personales sobre el tema. Para ello, realicé una entrevista a un compañero y sobretodo, amigo, que actualmente cursa esta carrera.

Luis toca un punto interesante al hablar sobre la innovación y optimización de los procesos mecánicos. ¿A qué se refiere?

Según Julián Pérez Porto y Ana Gardey (14 de marzo de 2022)

A la acción de procesar se la conoce como procesamiento, según indica la Real Academia Española (RAE) en su diccionario. El verbo procesar, en tanto, alude al desarrollo de operaciones programadas o de un proceso de transformación. Mecánico, por otro lado, puede referirse a lo que se realiza de manera automática o a lo que provoca efectos físicos como erosiones o choques.

Se denomina procesamiento mecánico a la mano de obra que permite lograr una modificación física, estructural o de forma de un material. Los trabajos suelen ejecutarse para transformar plásticos, metales y maderas, por ejemplo.

Fuente de la imagen: ANK Solutions. Tipos de procesos industriales.

Ahora bien, ¿Cuáles son los conocimientos básicos que son necesarios para llevar a cabo estos procesos? Veamos qué es lo que nos puede contar Luis y analicemos el por qué es crucial entender esto antes de comenzar la carrera de mecatrónica.

Como pudimos ver, en la entrevista se indica que tanto la carrera de mecatrónica como la de mecánica se basan principalmente en principios físicos y matemáticos. Por ello, en los primeros semestres de ambas ingenierías se abordan diversas materias para comprender ambas ramas. En nuestro caso, somos estudiantes de primer cuatrimestre en la Universidad Tecnológica de Corregidora (UTC), y en nuestro plan de estudios llevamos la materia de "Fundamentos Matemáticos".  

En esta materia, estamos aprendiendo numerosos conceptos sobre álgebra y, como se menciona en el video, estos serán sumamente importantes para que en el futuro puedan aplicarse en las prácticas de laboratorio y más adelante en las prácticas profesionales.

Mis Sugerencias para Dominar el Álgebra.

Como mencioné anteriormente, puedo afirmar por experiencia propia que, en los primeros meses de la carrera de Mecatrónica, se abordan diversos temas de álgebra. Sin embargo, es fundamental dominar las operaciones básicas (suma, resta, multiplicación y división) antes de entrar en materia.

  

Para el Equipo editorial, Etecé (1 de septiembre de 2020). 
El álgebra es una de las principales ramas de las matemáticas. Su objeto de estudio son estructuras abstractas operando en patrones fijos, dentro de las cuales suele haber más que números y operaciones aritméticas: también letras, que representan operaciones concretas, variables, incógnitas o coeficientes.

Como podemos ver, el álgebra es una herramienta muy poderosa  al momento de resolver diversos problemas. Además, estudiar álgebra no solo nos ayuda a encontrar soluciones matemáticas, sino que también potencia nuestro pensamiento lógico y analítico. Estas habilidades son esenciales en nuestra vida cotidiana  y, como lo dice el título de este artículo, es un fundamento muy importante de la mecánica, que ayudará a aquellos que deseen estudiar la carrera de mecatrónica.

Algunos temas algebraicos que te recomiendo dominar antes de entrar a la carrera son:

1. Ecuaciones (lineales, simultáneas, cuadráticas, etc.).
2. Operaciones con polinomios.
3. Factorización.
4. Desigualdades.
5. Matrices.
6. Funciones.

Estos son algunos de los temas que te recomiendo dominar o tener una idea de que tratan antes de que comiences la  carrera. Personalmente, antes de ingresar, investigué en diversos videos de YouTube; hay muchos canales que ofrecen una gran variedad de temas relacionados con el álgebra, e incluso muchos de ellos cuentan con listas de reproducción que van desglosando tema por tema. También, si se te hace más cómodo estudiar en base a libros de texto, te sugiero el libro "Álgebra de Baldor", que muchos estudiantes y profesores lo  consideran el "santo grial" de esta materia por su claridad y ejercicios con los que cuenta. Siguiendo estos consejos te garantizo que estarás mejor preparado para enfrentar los desafíos de la  ingeniería Mecatrónica.

Imagen generada por inteligencia artificial (Meta AI)

La importancia de la FÍSICA en la ingeniería mecatrónica.

En la entrevista, Luis dejó muy claro que la física es un fundamento mecánico ELEMENTAL. Es importante comprenderla si estás interesado en esta carrera tan completa como lo es la mecatrónica.

Ahora bien, ¿por qué es tan importante esta ciencia en las ingenierías? Bueno, "La física es una ciencia que estudia sistemáticamente los fenómenos naturales, tratando de encontrar las leyes básicas que los rigen" (Universidad de Sonora, 2023). Esta definición nos enseña que la física abarca una amplia variedad de eventos con los que nos relacionamos cada día de nuestra vida. Estudia cosas tan impresionantes como lo es el movimiento de la luz, o los movimientos de algo sumamente grande como lo es un planeta y por lo contrario de algo tan pequeño como lo son los átomos; también incluye conceptos fundamentales como la termodinámica, la cinemática, el electromagnetismo y la hidráulica, por mencionar algunos. Estos fenómenos son FUNDAMENTALES para la carrera de  mecatrónica, ya que permiten comprender cómo interactúan diferentes sistemas y componentes entre sí.

Por ejemplo, la termodinámica no solo se ocupa para comprender procesos de transferencia de calor, sino que también influye en el funcionamiento de sistemas automatizados, motores y dispositivos que requieren un gran manejo de energía. 

Otro aspecto que se me viene a la mente en donde una rama de la física influya en la carrera de mecatrónica son los circuitos eléctricos y su relación con el electromagnetismo. En los sistemas mecatrónicos, es crucial entender las leyes que rigen la corriente, ya que estos circuitos controlan elementos muy importantes como motores y sensores. Comprender como es que la física influye en estos circuitos es muy importante  para lograr resultados muy buenos y sobre todo efectivos en nuestros proyectos y trabajos.

Imagen generada por inteligencia artificial (Meta AI)

Por su parte, "la cinemática es una disciplina de la física y la mecánica, responsable de estudiar y describir el movimiento de los objetos en cuanto a las variables de trayectoria y tiempo" (Equipo de Enciclopedia Significados, 2019). Entendiendo este concepto, nos podemos dar cuenta del gran impacto que tiene la cinemática en la mecánica, y por ende en la mecatrónica.

 ¿Cómo podría influir la cinemática en la mecatrónica?

Bueno, los sistemas automatizados dependen de la cinemática para desarrollar algoritmos de control que guían el movimiento de los sistemas mecatrónicos. También no es un secreto para nadie que la robótica es una rama importante de la mecatrónica e incluso una especialización de la carrera. En la robótica, la cinemática se utiliza al momento de calcular la trayectoria de algún componente del robot, como podría ser un brazo o alguna otra articulación. Este proceso permite que cada parte del robot alcance su objetivo de la manera más precisa posible y siendo así que el proyecto sea útil. 

Veamos un ejemplo  de la cinemática siendo aplicada en un área tan bonita como lo es la salud, el desarrollo de prótesis mecatrónicas. Estas prótesis no solo imitan la apariencia de una extremidad , sino que también integran tecnologías que les permiten moverse de manera natural.

La cinemática juega un papel fundamental en esta rama tan impresionante, ya que se utiliza para calcular las trayectorias de movimiento de la prótesis en relación con el cuerpo del usuario. Esto es esencial para que la prótesis responda según a las necesidades de la persona, permitiendo que realice movimientos fluidos y muy específicos, como agarrar objetos pequeños o caminar.

Imagen generada por inteligencia artificial (Meta AI)

Hay una infinidad de temas que abarca la física y los antes mencionados fueron solo algunos ejemplos muy vagos de las ramas de la física aplicadas a la mecatrónica. Sin embargo, considero que antes e estudiar todas estos temas deberías conocer conceptos como la "fuerza", la "aceleración",la "inercia", entre muchos otros; ya que todos estos temas forman parte de la mecánica clásica. Cuando hablamos de mecánica clásica es imprescindible hablar de las "Leyes de Newton", las cuales son unos principios que nos describen el movimiento de los cuerpos y como es que las fuerzas externas actúan sobre estos.

Para empezar a estudiar esta ciencia te recomiendo una serie de libros que te aseguro que te ayudarán bastante a comprenderla:

1. Física Conceptos y Aplicaciones - Tippens Paul.
2. El libro de la física (The Physics Book) - DK.
3.  Fundamentos de Física - Ruelas Arturo.
4. Física General - Héctor Pérez Montiel.
5. Introducción a la Ingeniería - TERÁN, David.

Imagen generada por inteligencia artificial (Meta AI)

Concusión.

Al comprender todos estos fundamentos, te garantizo que podrás sobrellevar tus estudios de la mejor manera. Como hemos visto, la física y la matemática juegan un papel importantísimo a la hora de estudiar esta carrera, y, aunque al principio no lo parezca, estas ciencias son fundamentales en la ingeniería.  A medida que empieces a realizar prácticas en los diferentes laboratorios, verás lo útiles que son y se convertirán en tus aliadas.

Para terminar, me gustaría  mostrarte un fragmento de la entrevista que le realicé a mi compañero, en el cual, Luis te dará un par de consejos que esperamos de todo corazón te puedan motivar y sobre todo servir para que empieces con todo este proyecto de vida como es la universidad.

¡Mucho éxito en tu nueva aventura!

REFERENCIAS:

• Editorial, Equipo. (3 de Diciembre de 2019). Significado de Cinemática. Obtenido de Significados.com: https://www.significados.com/cinematica/

• Equipo editorial, E. (1 de Septiembre de 2020). Álgebra. Obtenido de Enciclopedia Concepto: https://concepto.de/algebra/.

• Julián Pérez Porto, A. G. (14 de Marzo de 2022). Procesamiento mecánico . Obtenido de Qué es, ejemplos, definición y concepto.: https://definicion.de/procesamiento-mecanico/

• Universidad Alfonso X El Sabio. (s.f.). ¿Qué es la ingeniería mecánica? Obtenido de UAX: https://www.uax.com/blog/ingenieria/todo-sobre-la-ingenieria-mecanica

• Universidad de Sonora. (2023). ¿Qué es la física? y ¿Qué hace un físico? Obtenido de Departamento de Física, Facultad Interdisciplinaria de Ciencias Exactas y Naturales: https://fisica.unison.mx/descripcion/que-es-la-fisica-y-que-hace-un-fisico/