Unidad IIIUnidad III

Conocimientos que se emplean en IngenieríaConocimientos que se emplean en Ingeniería

Modelos – Simulación – Optimización -Sistemas de control

Profesora Enid Moreno

UNIVERSIDAD FERMÍN TOROFACULTAD DE INGENIERÍA

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA

UNIVERSIDAD FERMÍN TOROFACULTAD DE INGENIERÍA

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA

Modelo: Es una representación física o conceptual de un sistema, con el fin de:

- Analizar el sistema - Desarrollar o comprobar hipótesis- Permitir una mejor comprensión del sistema físico real representado

Modelos

Modelo didáctico:Maqueta que representa un

Aire Acondicionado

Ejem

plo

SistemaFísicoReal

SistemaFísicoReal ModeloModelo

Comportamientodel Sistema

Comportamientodel Sistema

Resultadosdel ModeloResultadosdel Modelo

Se comparancon valoresobservados

reales

Ajustes

Predice

Se construye

Empleo de los modelos

• Para concebir ideas • Para comunicación • Para predicción• Para control • Para adiestramiento

Son representaciones en dos o tres dimensiones que guardan semejanza física con los objetos de la vida real

1. Modelo Físico

Modelo a escalaMaqueta de una torre

de perforación

Tipos de Modelos

Modelo que emplea la formulación matemática para estudiar el comportamiento de sistemas físicos, especialmente

en situaciones difíciles de observar en la realidad

2. Modelo Matemático

Dos investigadores españoles están desarrollando un modelo

matemático para estudiar la rotación de la Luna

Es un medio para sintetizar experimentos, operando un

modelo durante cierto tiempo, a fin de saber cómo funcionará el

objeto real

Simulador de vuelo de helicópteros

3. Simulación

1. Física: Los experimentos se efectúan con representaciones físicas de los objetos

Tipos de Simulación

2. Analógica: Cuando en los experimentos se utilizan medios mecánicos o eléctricos análogos al sistema físico real

3. Digital: Para efectuar los experimentos se requieren números que se ordenan en operaciones paso a paso, y se ejecutan en una computadora

Simulación

Mesa vibratoriaTúnel de Viento

Ejem

plos

Ventajas Desventajas

• Permite representar sistemas complejos

• No interrumpe lo real• Estimula la creatividad• Ahorro de dinero• Reduce riesgos• Reduce tiempos de

prueba• Facilita otras salidas• Análisis de sensibilidad

• Requiere recursos especiales

• Alto grado de entendimiento

• Requiere muchos datos• En muchos casos, debe

simular al hombre• Dependencia de datos• Más descriptivos que

prescriptivos

Simulación

Diferencias entre los modelos y el mundo real

• Predicciones perfectas inalcanzables

• Los valores calculados por los modelos siempre difieren de las observaciones en el mundo real (inexactitud del modelo, dificultad en realizar las observaciones reales)

• En un gráfico de correlación entre Valores Calculados y Valores Observados, a mayor dispersión de los puntos menor capacidad predictiva del modelo

Seguridad

Operabilidad

Mantenibilidad

Estética

SimplicidadVelocidad

Ergonomía

Fiabilidad

Optimización: Es el proceso de buscar el valor o la solución óptima. Generalmente es un proceso complejo motivado a los numerosos criterios conflictivos que intervienen en un problema de ingeniería

Optimización

Transacción: Proceso de búsqueda del equilibrio entre los criterios en conflicto, a fin de transarse en una solución lo más aceptable posible

Decisión sobre el valor: Es la asignación de un peso o importancia a un criterio, a fin de determinar las transacciones que deben hacerse para optimizar el

diseño

Cuando están involucradas vidas

humanas, las decisiones sobre el valor son más

difíciles

Procedimientos básicos de optimización

1. Método analítico: Un modelo matemático proporciona el valor óptimo.

Procedimiento: Se obtiene una función matemática que represente el criterio a optimizar, con variables cuyos valores se puedan manipular. Mediante el cálculo diferencial se obtiene el valor máximo (o mínimo) de la función de criterio.

Máximo

Mínimo

2. Método iterativo:

Se obtiene una función (pronosticador).

Se van dando valores a las variables manipulables, hasta que se consigue un valor aceptable de la función de criterio.

Valor inicial de la variable que se

optimiza

Función de Criterio

Efecto sobre el criterio

¿Se considera

que el valor es

aceptable?

Fin

Se ensaya

otro valor

Sí

No

Sistemas de Control

Conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o

la de otro sistema, con el fin de lograr un funcionamiento

predeterminado.

Lazo abierto

Lazo cerrado o realimentado

Proceso de introducir la salida del sistema en la entrada.

El sistema tiende a estabilizarse

Una variación en la salida del sistema en determinada dirección, provoca un

desplazamiento aun mayor en la misma dirección

Realimentación

Realimentado Negativamente

Realimentado Positivamente

Ingeniería de los Sistemas de Control

Análisis: Se investiga las características de un sistema de

control existente.

Diseño: Se escogen componentes para crear un sistema de control,

para que ejecute una tarea particular.

Sensor

Dispositivo que detecta o sensa manifestaciones de cualidades o fenómenos físicos, como energía, velocidad, aceleración, tamaño,

cantidad, etc.

Dispositivo que transforma una señal de entrada (eléctrica) en

movimiento.

Actuador