MINI CURSO Mecánica Especialización Mecatrónica

Mini Curso: Sistemas de Actuación en Mecatrónica (Neumática, Hidráulica, Mecánica y Eléctrica)

Válvulas ISO 1219, Cilindros, Servoválvulas, Cadenas Cinemáticas, Levas, Engranes, Relés SSR/MOSFET/IGBT y Motores CC, BLDC, CA, Steppers y Servos

Curso exhaustivo dividido en 3 grandes bloques de ingeniería: Actuación Neumática e Hidráulica (compresores, bombas, válvulas direccionales/proporcionales, cilindros y válvulas de proceso), Actuación Mecánica (cadenas cinemáticas, 4 barras, levas, trenes epicicloidales, bandas, cadenas y rodamientos L10) y Actuación Eléctrica (relés, tiristores, MOSFET/IGBT, solenoides, motores CC/BLDC, motores CA con VFD, paso a paso con microstepping y servomotores industriales en cascada).

Bloques del Programa Curricular

Parte 1 (Videos 01 y 02): Actuación Neumática e Hidráulica — Válvulas ISO 1219, Cilindros, Servoválvulas y Control de Procesos
Parte 2 (Videos 03 y 04): Actuación Mecánica — Cadenas Cinemáticas, Grashof, Levas, Engranes Planetarios, Bandas y Cojinetes
Parte 3A–3C (Videos 05 a 07): Conmutación de Estado Sólido (MOSFET/IGBT/SSR), Solenoides, Motores CC/BLDC y Motores CA + VFD
Parte 3D–3F (Videos 08 a 10): Motores Paso a Paso (Microstepping), Servomotores en Cascada y Selección por Inercia y Par RMS

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CLASE EN VIDEO RESUMEN EJECUTIVO

Introducción al Curso: Sistemas de Actuación en Mecatrónica

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TEMARIO Y RECURSOS CLASE POR CLASE

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CLASE EN VIDEO Presentación General (<= 60 s)

Introducción al Curso: Sistemas de Actuación en Mecatrónica

Visión integral de los tres dominios de actuación que transforman las señales de control en fuerza, par y movimiento de precisión: potencia fluida, mecanismos y accionamientos eléctricos.

Apuntes Clave de la Clase:

Parte 1: Sistemas neumáticos e hidráulicos, simbología ISO 1219, cilindros y servoválvulas.
Parte 2: Cinemática de mecanismos, 4 barras, levas, trenes planetarios, bandas y rodamientos.
Parte 3: Electrónica de potencia (MOSFET/IGBT/SSR), solenoides y motores CC, BLDC, CA, Stepper y Servo.
Metodología de dimensionamiento por acoplamiento de inercia (J_ref/J_m) y par térmico eficaz (T_rms).

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CLASE EN VIDEO Parte 1 · Sistemas Neumáticos e Hidráulicos (Sección A)

Parte 1A: Actuación Neumática e Hidráulica, Compresores, Bombas y Válvulas Direccionales

Analiza la generación y acondicionamiento de aire comprimido (unidad FRL) y potencia hidráulica (bombas de desplazamiento positivo), junto con las válvulas direccionales ISO 1219-1.

Apuntes Clave de la Clase:

Compresores y unidad de mantenimiento FRL (Filtro, Regulador, Lubricador) frente a central hidráulica.
Bombas hidráulicas de engranajes, paletas y pistones axiales/radiales y acumuladores hidroneumáticos.
Válvulas direccionales 2/2, 3/2, 4/2, 5/2 y 5/3: diseño de asiento (poppet) vs. corredera (spool).
Accionamiento por solenoide directo/piloto y lógica neumática con válvulas OR (selectora) y AND (simultaneidad).

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CLASE EN VIDEO Parte 1 · Sistemas Neumáticos e Hidráulicos (Sección B)

Parte 1B: Válvulas de Presión, Cilindros, Servoválvulas, Control de Procesos y Actuadores Giratorios

Dimensiona cilindros de simple y doble efecto (fuerza de avance/retroceso y pandeo de Euler), válvulas de alivio/secuencia, servoválvulas electrohidráulicas y válvulas de control de procesos.

Apuntes Clave de la Clase:

Válvulas limitadoras de presión (alivio), reductoras y de secuencia para cilindros en cascada.
Cilindros de doble efecto: F_av = P*A1 - Fr, F_ret = P*(A1 - Av) - Fr y carga crítica de Euler F_K = pi^2*E*I/Lk^2.
Servoválvulas electrohidráulicas (tobera-aleta / jet-pipe) y válvulas proporcionales con lazo LVDT.
Válvulas de proceso (diafragma, curvas lineal e igual porcentaje, coeficiente Cv/Kv) y actuadores giratorios.

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CLASE EN VIDEO Parte 2 · Sistemas de Actuación Mecánica (Sección A)

Parte 2A: Sistemas Mecánicos, Tipos de Movimiento, Cadenas Cinemáticas y Levas

Estudia los 6 grados de libertad en el espacio, pares cinemáticos, el criterio de movilidad de Gruebler-Kutzbach, la ley de Grashof en mecanismos de 4 barras y el diseño cinemático de levas.

Apuntes Clave de la Clase:

Movimiento de traslación, rotación y 6 grados de libertad (6-DoF) espaciales; pares inferiores y superiores.
Ecuación de movilidad plana de Gruebler-Kutzbach: GDL = 3*(n - 1) - 2*j1 - j2.
Ley de Grashof (s + l <= p + q) en cuadriláteros articulados: manivela-balancín, doble manivela y biela-corredera.
Levas y seguidores: curvas s(theta), v(theta), a(theta) y jerk con perfiles armónico, parabólico y cicloidal.

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CLASE EN VIDEO Parte 2 · Sistemas de Actuación Mecánica (Sección B)

Parte 2B: Engranes, Trenes Planetarios, Trinquete, Bandas, Cadenas y Cojinetes

Domina la geometría de engranes evolventes, trenes compuestos y planetarios (ecuación de Willis), mecanismos de trinquete, bandas síncronas, cadenas de rodillos y rodamientos.

Apuntes Clave de la Clase:

Engranes rectos, helicoidales, cónicos y sinfín-corona; módulo m = d/Z y relación omega1/omega2 = -Z2/Z1.
Trenes epicicloidales / planetarios y fórmula de Willis: (omega_s - omega_c)/(omega_r - omega_c) = -Z_r / Z_s.
Rueda dentada y trinquete (ratchet), bandas planas/V/dentadas síncronas (T1/T2 = exp(mu*theta)) y cadenas.
Cojinetes lisos vs. rodamientos de bolas, rodillos y agujas; cálculo de vida nominal L10 = (C / P)^p.

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CLASE EN VIDEO Parte 3 · Sistemas de Actuación Eléctrica (Sección A)

Parte 3A: Actuación Eléctrica — Interruptores Mecánicos, Relés, Estado Sólido y Solenoides

Compara relés electromecánicos y contactores frente a semiconductores de potencia (diodos, SCR, TRIAC, BJT, MOSFET, IGBT y SSR) y analiza el circuito magnético de solenoides.

Apuntes Clave de la Clase:

Relés y contactores (SPST/SPDT/DPDT): supresión de arco inductivo con diodo flyback en CC y red RC snubber en CA.
Tiristores SCR y TRIAC con disparo por ángulo de fase alpha y optotriac de cruce por cero (MOC3041 / SSR).
Conmutación con MOSFET de potencia (P_cond = Id^2 * Rds_on, driver de compuerta) e IGBT para alta tensión.
Solenoides electromagnéticos lineales: fuerza F = B^2*A / (2*mu0) y excitación eficiente Pick-and-Hold PWM.

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CLASE EN VIDEO Parte 3 · Sistemas de Actuación Eléctrica (Sección B)

Parte 3B: Motores de CC (Con y Sin Escobillas BLDC), Puente H y Control en 4 Cuadrantes

Deduce las ecuaciones electromecánicas de los motores de corriente continua (PMDC, Shunt, Serie y Compound), el puente H con tiempo muerto y la conmutación electrónica de motores BLDC.

Apuntes Clave de la Clase:

Ecuaciones del motor CC: par T = Kt*Phi*Ia, fuerza contraelectromotriz Ea = Ke*Phi*omega y Va = Ea + Ia*Ra.
Curvas par-velocidad en motores de imán permanente (PMDC) y de campo bobinado (Shunt, Serie y Compuesto).
Puente H de 4 MOSFETs: modulación PWM, protección Dead-Time (anti Shoot-Through) y operación en 4 cuadrantes.
Motores CC sin escobillas (BLDC): conmutación electrónica de 6 pasos con 3 sensores Hall a 120° o Back-EMF.

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CLASE EN VIDEO Parte 3 · Sistemas de Actuación Eléctrica (Sección C)

Parte 3C: Motores de CA Monofásicos y Trifásicos (Inducción y Síncronos) y Variadores VFD

Domina la física del campo magnético rotatorio, los motores monofásicos y trifásicos de jaula de ardilla, el deslizamiento y el control de velocidad con Variadores de Frecuencia (VFD).

Apuntes Clave de la Clase:

Campo rotatorio de Ferraris y velocidad síncrona ns = 120 * f / P (RPM); motores monofásicos con condensador.
Motor asíncrono trifásico de inducción: deslizamiento s = (ns - n)/ns y curva par-velocidad (arranque/máximo).
Motores síncronos trifásicos de rotor bobinado e imanes permanentes (PMSM) sin deslizamiento (n = ns).
Variadores de Frecuencia (VFD): rectificador + bus CC + inversor IGBT SPWM, ley escalar V/f = cte y control FOC.

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CLASE EN VIDEO Parte 3 · Sistemas de Actuación Eléctrica (Sección D)

Parte 3D: Motores Paso a Paso (Unipolar, Bipolar, Microstepping y Curvas Pull-In/Out)

Estudia los motores paso a paso de reluctancia variable, imán permanente e híbridos, secuencias Full/Half-Step, control fasorial Microstepping y drivers Chopper de corriente constante.

Apuntes Clave de la Clase:

Motores de reluctancia variable (VR), imán permanente (PM) e híbridos (1.8°/paso = 200 pasos/vuelta).
Devanados unipolares (5/6 hilos) vs. bipolares (4 hilos y doble puente H); secuencias Wave, Full-Step y Half-Step.
Microstepping fasorial (Ia = Imax*cos(theta), Ib = Imax*sin(theta)) para suavidad y resolución x16 a x256.
Drivers Chopper PWM de corriente constante, curvas Pull-In / Pull-Out y rampas trapezoidales contra pérdida de paso.

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CLASE EN VIDEO Parte 3 · Sistemas de Actuación Eléctrica (Sección E)

Parte 3E: Servomotores Industriales y Control en Cascada (Posición, Velocidad y Corriente)

Analiza la arquitectura interna de los servoamplificadores industriales con 3 lazos anidados en cascada (corriente Iq, velocidad y posición), prealimentación (Feedforward) y frenos seguros.

Apuntes Clave de la Clase:

Servomotores industriales de baja inercia y alta sobrecarga dinámica con encoder absoluto o resolver.
Arquitectura de 3 lazos en cascada: lazo interno de corriente/par (1-3 kHz), intermedio de velocidad y externo de posición.
Prealimentación de velocidad y aceleración (Feedforward) para anular el error de seguimiento en trayectorias.
Frenos electromagnéticos de seguridad por caída de tensión (Fail-Safe Brake) para ejes verticales Z.

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CLASE EN VIDEO Parte 3 · Sistemas de Actuación Eléctrica (Sección F)

Parte 3F: Selección y Dimensionamiento de Motores — Inercia Reflejada, Par RMS y Proyecto

Aplica el procedimiento completo de ingeniería para seleccionar el actuador óptimo calculando perfiles trapezoidales/curva S, inercia reflejada al eje del motor, par pico y par eficaz térmico RMS.

Apuntes Clave de la Clase:

Perfiles cinemáticos de movimiento: trapezoidal (1/3 - 1/3 - 1/3) y curva S con sacudida (jerk) acotada.
Inercia reflejada a través de reductor: J_ref = J_carga / (i^2 * eta) y relación óptima J_ref / J_motor <= 5.
Verificación térmica y dinámica: par pico T_pico = T_carga + (J_m + J_ref)*alpha y par continuo T_rms < T_nominal.
Proyecto Integrador: estación de ensamblaje combinando cilindro neumático 5/2, leva indexadora, stepper y servomotor.

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CLASE EN VIDEO Síntesis Global (<= 60 s)

Resumen y Cierre del Curso: Sistemas de Actuación en Mecatrónica

Recapitulación ejecutiva de las 3 partes del curso integrando actuación neumática/hidráulica, mecanismos de transmisión y accionamientos eléctricos de potencia y precisión.

Apuntes Clave de la Clase:

Síntesis de criterios de selección entre potencia fluida, motores paso a paso, motores CA+VFD y servomotores.
Dominio de cadenas cinemáticas, trenes planetarios, conmutación MOSFET/IGBT y lazos de control en cascada.
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Base completa para desplegar arquitecturas distribuidas en el curso de Sistemas IoT Industriales Avanzados.

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