Método de elemento finito

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Simulación de recuperación por método de elemento finito de cucharones para maquinaria de minería

Simulación de recuperación por método de elemento finito de cucharones para maquinaria de minería

Se realizó una simulación para la recuperación por método de elemento finito de cucharones para maquinaria de minería, el cucharón de una excavadora hidráulica está diseñado para aplicaciones de movimiento de tierra de servicio pesado y alta producción, por lo cual está sometido a diferentes esfuerzos. Como punto de partida se analizó el material con el cual es construido el cucharón, para esto se tomó seis muestras de diferentes partes del cucharon de la excavadora, con los cuales se realizó ensayos metalográficos, ensayos de dureza y ensayos espectometricos. Se dibujó el cucharon de excavadora con la ayuda de software CAD, y posterior a esto se importó el diseño al software de método de elemento finito en el cual se sometió el cucharon de excavadora a condiciones extremas y se evaluó el resultado. Para el análisis de la recuperación se utilizó los aceros AISI 1522 y FORA 450, se utilizó tres tipos de geometría: soportes horizontales, soportes verticales y horizontales, y soportes en X. Con el resultado del análisis se escogió el material FORA 450 y la geometría en forma de X, ya que fueron los resultados más adecuados para realizar la recuperación, para esto se tomó en cuenta factores técnicos y económicos. Se verifico la validez de la hipótesis, por lo cual realizar la recuperación de cucharones de maquinaria de minería es factible. Se recomienda utilizar la excavadora únicamente para lo cual fue diseñada, ya que un mal uso puede perjudicar la reparación.
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Determinación de parámetros eléctricos en máquinas síncronas de polos salientes mediante el método del elemento finito

Determinación de parámetros eléctricos en máquinas síncronas de polos salientes mediante el método del elemento finito

En 1996 y 1998, F. Deng y N. A. O. Demerdash [20, 21, 22], presentaron el desarrollo y aplicación de un ambiente de modelado basado en un acoplamiento entre el método de elemento finito y la solución de ecuaciones en variables de estado (CFE-SS) a generadores síncronos de polos salientes, completamente en el marco de referencia natural abc en el dominio del tiempo, para predecir los parámetros de la máquina en estado estable y sus características de comportamiento, incluyendo el cálculo de pérdidas en los núcleos magnéticos del generador. La matriz de inductancias en el modelo en variables de estado es un dato obtenido por la simulación del MEF a cada paso de tiempo y los resultados de este sistema de ecuaciones son las corrientes de magnetización de los diferentes devanados de la máquina, los que a su vez corresponden a los datos de entrada para el modelo de elementos finitos. Para calcular las inductancias de los devanados del generador utilizan un método alternativo a la aproximación por enlaces de flujo denominado “perturbación de energía” [23, 24, 25].
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Análisis térmico y modal de un convertidor catalítico mediante el método de elemento finito

Análisis térmico y modal de un convertidor catalítico mediante el método de elemento finito

Uno de los aspectos más importantes del método de elemento finito (MEF) es su confiabilidad y versatilidad, ya que puede ser utilizado de manera confiable en programas asistidos por computadora. En las recientes décadas se han desarrollado paquetes de simulación poderosos que utilizan el MEF, con estos paquetes se pueden resolver diversos modelos matemáticos en una forma aproximada, además de obtener una visualización y animación gráfica que ayudan a interpretar los resultados para posteriormente ser comparados con los resultados de análisis físicos realizados en los laboratorios. Debido a esto, la modelación y simulación de procesos por MEF es cada día más utilizada e indispensable en el estudio de todas las áreas de ingeniería en la industria automotriz.
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El método de elemento finito adaptativo para la solución de la ecuación de poisson con coeficientes discontinuos

El método de elemento finito adaptativo para la solución de la ecuación de poisson con coeficientes discontinuos

lipschitziana que representa un acuifero confinado sobre el cual se ha generado una malla de elementos finitos tipo triangular tipo adaptativa llegando a determinar las cargas hidráulicas en las zonas del acuifero del valle de Moche y a predecir el compor- tamiento de las aguas subterráneas a corto plazo. En [12] se tiene que: en problemas como dinámica de partículas o elastostática se presentan ecuaciones diferenciales elípticas. Consideramos de suma importancia para nuestros fines, estudiar éste tipo de ecuaciones e identificar esquemas computacionales para aproximar soluciones de forma numérica. Los métodos que se utilizan en términos generales, son: diferen- cias finitas, elementos finitos y volumen finito. En [13] el método de elemento finito adaptativo (MEFA) es un algoritmo para resolver una ecuación diferencial parcial, basado en la iteración, en un bucle del tipo: resolver, estimar, marcar, refinar. El MEFA es reconocido en la actualidad como una poderosa herramienta en ciencia e ingeniería. Debido a la complejidad de las geometrías y a la discontinuidad de la función a(x) se ha tenido que aplicar el método de elemento finito adaptativo, que consiste en discretizar el dominio, la variable y la ecuación para luego estimar el error en cada elemento y volver a refinar en donde el error es mayor. Al momento de discretizar el dominio y generar la solución, encontramos regiones donde el error de aproximación es mayor y se necesita refinar la malla, es por ello que se ha utilizado el Método de Elemento Finito Adaptativo. Logrando determinar que el mayor error de aproximación se genera alrededor de las discontinuidades. Para una mejor aprox- imación a la solución se debe calcular el error a posteriori y refinar la malla solo en la región donde es necesaria.
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Cálculo de parámetros mediante el método del elemento finito para el analisis de transitorios electromagnéticos en cables de alta tensión

Cálculo de parámetros mediante el método del elemento finito para el analisis de transitorios electromagnéticos en cables de alta tensión

El cálculo correcto de parámetros eléctricos es fundamental en simulaciones transitorias, ya que permite predecir la magnitud y duración de las sobretensiones. Este cálculo se realiza comúnmente a través de aproximaciones analíticas, tales como las desarrolladas por Wedepohl/Wilcox y Schelkunoff para obtener las impedancias en los conductores tubulares de cables coaxiales monopolares, así como las aproximaciones de Pollaczek para el cálculo de la impedancia de retorno por tierra. Sin embargo, estas formulaciones tienen algunas limitaciones debidas a la forma en que se aproximan los efectos producidos por las corrientes de retorno por tierra, así como la omisión de los efectos de proximidad de conductores para un intervalo completo de frecuencias. En este contexto, técnicas numéricas como el Método del Elemento Finito (MEF) son una alternativa viable para el cálculo de dichos parámetros, ya que permiten tomar en cuenta de mejor manera los efectos mencionados en el párrafo anterior. Por lo tanto, en el alcance de este trabajo se incluye el cálculo de los parámetros eléctricos de impedancia serie y admitancia en derivación utilizando el Método del Elemento Finito (MEF) a través del software comercial COMSOL Multiphysics 4.4®.
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Optimización de sistemas de atenuación de campo eléctrico en aisladores poliméricos de 115kV mediante el método de elemento finito

Optimización de sistemas de atenuación de campo eléctrico en aisladores poliméricos de 115kV mediante el método de elemento finito

En este trabajo se analizan dos técnicas de atenuación de campo eléctrico, para aisladores poliméricos de 115 kV del tipo suspensión, mediante simulaciones en dos y tres dimensiones. Ambas técnicas se optimizaron con el objetivo de comparar la reducción máxima de campo eléctrico que se presenta en la superficie del aislador. En la primera técnica el valor de permitividad y la forma de la cubierta polimérica cercana al herraje de potencial fueron los parámetros a optimizar. Como segundo caso se analizó la instalación de un anillo corona, su posición y dimensiones fueron las variables optimizadas. Estas simulaciones se realizaron con el método de elemento finito, mientras que para el proceso de optimización se utilizaron diferentes funciones del Toolbox de MATLAB ® .
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Análisis estructural de un sistema de enganche de remolque automotriz mediante el método de elemento finito

Análisis estructural de un sistema de enganche de remolque automotriz mediante el método de elemento finito

Asimismo, se eligió el programa ABAQUS debido a que esta emplea el método de Hilbert-Hughes-Taylor. Tal y como se mencionó con anterioridad, este método posee un esquema implícito por lo cual contempla la inercia de los componentes. En vista que la norma SAE J684 tiene como objetivo evaluar la inercia del enganche a presentar deformación plástica hasta cierto punto, éste representa el esquema indicado. Cabe recalcar que los análisis son dinámicos y presentan contactos entre componentes, así como altas no linealidades (no linealidad geometría, no linealidad de material y no linealidad por contactos). Por lo cual, el método de Hilbert-Hughes-Taylor es el adecuado ya que posee el parámetro de amortiguamiento (𝛼), el cual disipa los modos de alta frecuencia generados por problemas de contactos o altas no linealidades. El programa ABAQUS emplea método de Newton-Raphson en conjunto con el método Hilbert-Hughes-Taylor para resolver análisis dinámicos.
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Diseño de un molino para reciclar pastas de freno de tractocamiones usando el método del elemento finito

Diseño de un molino para reciclar pastas de freno de tractocamiones usando el método del elemento finito

En este capítulo se presentan los fundamentos de la teoría clásica de la reducción de materiales por medios mecánicos. La teoría de fractura sugiere que las partículas más pequeñas son relativamente más fuertes porque contienen menos fallas. Por lo que, es más difícil atrapar una determinada masa de partículas pequeñas en un molino en comparación con partículas grandes, esto no ha sido adecuadamente explicado por la teoría, pero ha sido demostrado por muchos experimentos. Es por esto que es muy difícil diseñar adecuadamente un molino de bolas usando métodos analíticos exactos. Se han implementado diversos métodos simplificados (método de Bond) que requieren un alto grado de conocimiento previo del funcionamiento del molino y que se han utilizado exitosamente en un primer diseño, sobre todo para estimar las dimensiones iniciales y la potencia necesaria evitando con esto construir molinos pilotos hasta donde esto es posible.
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Análisis estructural de un filtro de aceite sellado mediante el método de elemento finito

Análisis estructural de un filtro de aceite sellado mediante el método de elemento finito

Como anteriormente fue mencionado, la espoleta o muelle es una pieza metálica comúnmente hecha de acero que actúa como resorte sujetando el elemento filtrante a las paredes de la cubierta contra la tapa de montaje. Esto asegura sellos internos que evitan la migración de contaminantes hacia el motor [22]. Los aspectos a cuidar durante el diseño de una espoleta son: material y área de contacto, y deslizamiento entre la espoleta y la cubierta ya que esto definirá la energía potencial elástica absorbida por la espoleta sin que se produzcan transformaciones plásticas irreversibles. Esto quiere decir que al momento que se suprimen las fuerzas que provocan la deformación de la espoleta, la espoleta volverá a su estado inicial de antes de la aplicación de las cargas. En la figura 5 se observa un tipo de espoleta, las áreas donde se aplica la fuerza y el área de contacto y deslizamiento con la cubierta o bote.
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Polinomios por partes y el método de elemento finito relativo a una malla en el dominio de cálculo

Polinomios por partes y el método de elemento finito relativo a una malla en el dominio de cálculo

Dada la descripci´ on anterior del espacio P h (2) no es mucho m´ as duro para implemen- tar el m´ etodo de Elemento Finito usando tri´ angulos lagrangianos cuadr´ aticos que lo que estaban los tri´ angulos lagrangianos lineales. El m´ etodo de Galerkin es completamente abstracto y la ´ unica cosa que cambia convirti´ endose en funcionales lineales por partes para funciones cuadr´ aticas por partes es la selecci´ on del subespacio de aproximaci´ on 2 . Como un ejemplo, consideremos el problema de valores de frontera con una condici´ on de frontera mixta

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ANÁLISIS NUMÉRICO SOBRE INTEGRIDAD ESTRUCTURAL E INESTABILIDAD DE LA COLUMNA VERTEBRAL BAJO DEFECTO ÓSEO  Beristain S

ANÁLISIS NUMÉRICO SOBRE INTEGRIDAD ESTRUCTURAL E INESTABILIDAD DE LA COLUMNA VERTEBRAL BAJO DEFECTO ÓSEO Beristain S

La metodología propuesta se puede aplicar al estudio de la columna lumbar porcina (L2-L6) incluyendo sus articulaciones, de la cual únicamente se tomará la unidad funcional vértebra L4, disco intervertebral y vértebra L5 para su análisis en este trabajo. Para poder realizar un análisis del desempeño del implante bajo el Método de Elemento Finito (MEF) es necesario contar con un modelo en 3D del sistema de una unidad funcional. La cual consta de dos vértebras adyacentes y el disco intervertebral. En el ámbito de la Ingeniería inversa, existen diversas técnicas que son empleadas para obtener una representación valida de un modelo físico en CAD. El proceso de desarrollo de un modelo CAD en sí mismo puede ser simple o complejo, para el caso del Biomodelado de las vértebras, se partió de la obtención de imágenes DICOM procedentes de un estudio de tomografía computarizada (TC) (Figura 2a). Para tener el modelo listo para ser utilizado en el programa computacional de Elementos Finitos es necesario una serie de pasos y procesos para que este pueda ser utilizado (Figura 2b y 2c). Donde se puede obtener el modelo a utilizar en el análisis numérico con todos sus elementos (Figura 3).
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DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS UTILIZANDO EL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO

DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS UTILIZANDO EL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO

Se calcula la impedancia serie que incluye la inductancia del conductor y debida al retorno por tierra, así como la resistencias del conductor y de tierra. En la rama de component, subrama variables en el nodo variables crear una llamada en el cuadro de expression colocar V_app/(i_c*(2*pi*r_c)). Para calcular la resistencia en el conductor se usa el método de la energía, se integra la potencia asociada a las pérdidas por efecto Joule colocando un Domain probe del tipo integral seleccionado el dominio que corresponde únicamente al conductor en expression colocar abs(mef.Jz)^2/(2*sigma_c). Una vez con la potencia en variables se introduce una variable R_c y en expression (2*P_c/(abs(i_c))^2) para obtener la resistencia del conductor en la rama de resultados extrayéndose como derived values.
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Solucionador de sistemas de ecuaciones diferenciales unidimensionales por el método del elemento finito

Solucionador de sistemas de ecuaciones diferenciales unidimensionales por el método del elemento finito

En este trabajo se proponen ecuaciones diferenciales generales dependientes de dos dimen- siones, una espacial y una temporal. Estas ecuaciones son propuestas de tal manera que se puedan modelar diferentes fenómenos físicos. Se da solución a la parte espacial de las ecua- ciones generales mediante el método del elemento finto y a la temporal por medio de series de Taylor, lo que resulta en sistemas lineales con matrices de coeficientes dispersas. Estos sistemas son programados en un lenguaje C++, para tratar con el álgebra de matrices dispersas se utiliza la librería CSparse creada por Timothy A. Davis [1]. Se proponen algunos sistemas de ecuacio- nes sencillos de resolver analíticamente para comparar resultados con la solución obtenida con lo programado. Una vez comprobada la funcionalidad, se adapta el código para problemas de transferencia de calor y vigas de Euler en el plano. Por último, se proponen problemas de los fenómenos físicos anteriormente mencionados. Los resultados obtenidos por el programa son comparados con la solución analítica en casos sencillos y para casos más complicados con la solución obtenida mediante el software COMSOL Multiphysics.
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Diseño de la carcasa de un aerogenerador de baja potencia usando el método del elemento finito

Diseño de la carcasa de un aerogenerador de baja potencia usando el método del elemento finito

En base al enfoque que se utilizó para el diseño de la bancada del aerogenerador con un diámetro estimado de 4.5 m en las palas, se ha podido obtener un diseño previo el cuál puede ser modificado de una manera fácil y rápida para el ajuste con los diseños finales de palas, torre y generador. Así mismo, con el uso del elemento finito se evaluó de una forma rápida y segura, el uso de un elemento estructural para dar mayor rigidez a la bancada del aerogenerador. Dicho elemento estructural agregado mostro ser una buena implementación, ya que redujo en un 20% el esfuerzo principal máximo con un incremento de 330 gramos en la masa final del conjunto de la bancada. Así mismo con la evaluación del MEF fue posible predecir el comportamiento futuro de algún otro material, como lo es el aluminio y/o titanio, que estos, a pesar de que son metales más ligeros y ayudan en la contención de la masa final del conjunto, no son recomendables principalmente por su costo elevado en comparación con el acero seleccionado. El precio también es un factor indispensable, debido al objetivo final del proyecto de ser económico, con materiales de mayor resistencia específica, el incremento se eleva drásticamente en comparación con el material propuesto (Acero ASTM A36).
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Análisis de esfuerzos por los métodos numérico y analítico de un árbol de levas automotriz

Análisis de esfuerzos por los métodos numérico y analítico de un árbol de levas automotriz

El principio básico del método del elemento finito ha sido empleado durante siglos en diferentes formas. Todas ellas tienen la característica común de reemplazar un problema real por uno más simple, haciendo uso de los llamados elementos finitos. Si el problema simplificado puede resolverse y la solución obtenida representa una solución verdadera para el problema real y con una precisión satisfactoria, entonces este método pasa a ser una herramienta poderosa y muy útil. A pesar de que el desarrollo actual del método del elemento finito lo hace ser bastante más sofisticado que los conocidos en la antigüedad, el esquema básico de sustituir un problema real mediante uno simplificado sigue siendo el mismo.
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04-MPM-Cap8-Conceptos básicoas dem métod

04-MPM-Cap8-Conceptos básicoas dem métod

Diversos autores han considerado que Arquímedes (figura 8.3) utilizó un método semejante al del elemento finito para determinar el volumen de algunos sólidos. Aunque él calculó áreas, longitudes y volúmenes de objetos geométricos, dividiéndolos en otros más sencillos y luego sumando sus contribuciones, el concepto de aproximación variacional no se observa por ningún lado. La relación con la definición de MEF es muy pobre. Se puede argumentar que la medida del volumen (área, longitud) de un objeto es una función escalar de su geometría. Cambiando “medida” por energía y “objetos” por elementos en las líneas anteriores, la descripción se aproxima a lo establecido por el MEF “la energía del sistema es igual a la suma de la energía de cada elemento”. Sin embargo, Arquímedes necesitaba las definiciones de derivada para realizar sus cálculos de energía y el Cálculo no fue inventado sino hasta 20 siglos después.
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OPTIMIZACION DE UN SOPORTE AISLADOR APLICADO A MAQUINARIA CON RANGOS DE VIBRACION PICO ENTRE 0 Y 9.525 MM/S.

OPTIMIZACION DE UN SOPORTE AISLADOR APLICADO A MAQUINARIA CON RANGOS DE VIBRACION PICO ENTRE 0 Y 9.525 MM/S.

El método del elemento finito ha llegado a ser una herramienta poderosa en la solución numérica de un amplio rango de problemas de ingeniería. Las aplicaciones van desde el análisis por deformación y esfuerzo en automóviles, aeronaves, edificios y estructuras de puentes, hasta el análisis de los campos del flujo de calor, de fluidos, magnético, filtraciones y otros problemas de flujo. Con los avances en la tecnología en las computadoras y de los sistemas CAD, pueden modelarse problemas complejos con relativa facilidad [5.1]. En una computadora pueden probarse varias configuraciones alternas antes de construir el primer prototipo. Todo esto sugiere emplear estos desarrollos, para una mejor comprensión de la teoría básica, las técnicas de modelado y los aspectos computacionales del método del elemento finito. En este método de análisis, una región compleja, que define un continuo, se discretiza en formas geométricas simples llamadas elementos finitos. Las propiedades del material y las relaciones gobernantes, son consideradas sobre esos elementos y expresadas en términos de valores desconocidos en los bordes del elemento. En un proceso de ensamble, cuando se consideran debidamente las cargas y restricciones, da lugar a un conjunto de ecuaciones, la solución de estas ecuaciones nos modela el comportamiento aproximado del continuo [ 5.2 ] .
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Introducción al análisis lineal elástico de estructuras mediante el método de los elementos finitos

Introducción al análisis lineal elástico de estructuras mediante el método de los elementos finitos

Las estructuras laminares capaces de soportar la acción combinada de los momentos flecto- res y torsionales de las placas y a las fuerzas axiales de las membranas se denomina casca- rones. Comúnmente, este tipo de estructuras tiene un espesor pequeño y una superficie me- dia que no es plana. A pesar de su curvatura, los cascarones estructurales se pueden repre- sentar mediante un conjunto de elementos finitos planos de orientación diferente, como se ilustra en la Figura 8.1. Cascarón estructural representado con elementos finitos triangula- res: (a) cúpula, (b) boveda, (c) detalle del sistema coordenado local de un elemento finito.. Este capítulo presenta la formulación de un elemento finito plano tipo cascarón y su aplicación en el análisis de estructuras laminares de este tipo.
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Optimización de un soporte aislador aplicado a maquinaria con rangos de vibración pico entre 0 y 9.525 mm/s

Optimización de un soporte aislador aplicado a maquinaria con rangos de vibración pico entre 0 y 9.525 mm/s

El análisis estático es válido cuando las cargas se aplican lentamente, pero cuando Las cargas se aplican en forma repentina o cuando son de naturaleza variable, la masa y los efectos de la aceleración adquieren importancia en el análisis. Si un cuerpo sólido, como una estructura de ingeniería que se deforma elásticamente y se libera de manera repentina, tiende a vibrar respecto a su posición de equilibrio. Este movimiento periódico, debido a la energía de deformación restauradora, se llama vibración libre. En el mundo real, las vibraciones disminuyen con el tiempo debido a Ia acción del amortiguamiento. En el modelo más simple de vibración, los efectos del amortiguamiento se ignoran. El modelo de vibración libre sin amortiguamiento de una estructura, da información importante sobre su comportamiento dinámico. Por lo que, a continuación mencionamos las consideraciones necesarias para aplicar el método del elemento finito, al análisis de estructuras bajo vibraciones libres sin amortiguamiento.
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Ánalisis fotoelástico y numérico de una placa con doble ranura bajo carga centrífuga

Ánalisis fotoelástico y numérico de una placa con doble ranura bajo carga centrífuga

El segundo capítulo cubre el diseño de la celda de pruebas, iniciando por su diseño conceptual, en el cual, se plantean los parámetros de operación del dispositivo, comenzando por los requerimientos expresados y no expresados, continuando con su traducción para plantear las metas de diseño y proponer los límites del sistema que permite realizar el análisis funcional descendente, donde se identifican por separado las funciones que realiza cada elemento del banco de pruebas. Continuando con la generación de conceptos de diseño y su evaluación para seleccionar el que satisfaga los requerimientos expresados y se elabora el croquis del dispositivo tomando en cuenta el concepto de diseño electo. Este capítulo también incluye el diseño de detalle, en el cual se presenta el diseño detallado de cada elemento que conforma el banco de pruebas, bajo las condiciones de operación a las que estará sujeta la celda de pruebas, para ello se utiliza el croquis que se elaboró en el diseño conceptual y se comienza por los cálculos necesarios para dar paso a escoger el material y los componentes más adecuados para la construcción del dispositivo. Además se describe detalladamente la operación de los componentes que son adquiridos y forman parte medular del banco de pruebas, así mismo se generan los dibujos de detalle del dispositivo. En la última etapa de desarrollo del capítulo, se da una explicación de cómo se construye el prototipo, las herramientas utilizadas para su manufactura y se describen las pruebas realizadas para comprobar el funcionamiento adecuado del dispositivo.
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