Fundamentos de Ingeniería: Desde el Diseño hasta la Protección de Invenciones

Proceso de Desarrollo de Productos

Fases Clave del Diseño y Prototipado

• Fase Conceptual: Se parte de una serie de especificaciones y se desarrollan una o varias ideas como inicio del diseño.
• Diseño Físico: Se selecciona y desarrolla una de las ideas iniciales, dotándola de estructura y contenido. El objetivo es cumplir las especificaciones iniciales, atendiendo a criterios de calidad, fiabilidad, manufacturabilidad, ergonomía y apariencia estética.
• Construcción de Prototipos: Se fabrican prototipos de acuerdo con el diseño físico realizado.
• Fase de Ensayo: Los prototipos son probados para verificar el cumplimiento de las especificaciones del diseño.

Conceptos de Ingeniería y Gestión Térmica

Fiabilidad y Métricas Asociadas

• Fiabilidad: Permanencia de la calidad de los productos o servicios a lo largo del tiempo.
• MTBF (Tiempo Medio Entre Fallos): Forma de cuantificar la fiabilidad mediante un valor numérico.

Mecanismos de Transferencia de Calor

• Conducción: Transferencia de calor a través de materiales conductores.
• Convección: Transferencia de calor debido a la circulación de fluidos de refrigeración (aire, agua, aceite, etc.).
• Radiación: Transferencia de calor por emisión electromagnética.

La disipación de calor se realiza normalmente por una combinación de los mecanismos de conducción y convección.

Estrategias para la Disipación de Calor

• Evitar obstáculos a la circulación del aire en los elementos de mayor disipación.
• Usar filtros y rejillas en los ventiladores.
• Utilizar refrigeración por agua o intercambiadores (agua/agua, agua/aire, aire/aire) en armarios estancos.
• Utilizar sistemas de enfriamiento si es necesario.
• Prevenir la condensación de agua.
• Tener en cuenta los posibles goteos y fugas.
• Utilizar pastas de alta conductividad térmica para reducir la resistencia térmica de la unión carcasa/disipador de los componentes de potencia.

Principios de Electrónica

Acoplamiento Capacitivo

El acoplamiento capacitivo constituye la forma más simple y efectiva de desacoplar los efectos del nivel de corriente continua (CD) de la primera etapa de un amplificador, de aquellos de la segunda etapa. El capacitor separa el componente de CD de la señal de corriente alterna (CA). Por tanto, la etapa anterior no afecta la polarización de la siguiente. Para asegurar que la señal no cambie de manera significativa por la adición de un capacitor, es necesario que este se comporte como un cortocircuito para todas las frecuencias a amplificar.

Tecnologías de Fabricación y Metodología de Diseño

Modelado por Deposición Fundida (FDM)

El Fused Deposition Modeling (FDM) implica calentar un filamento de polímero termoplástico y depositarlo mediante una boquilla de extrusión, siguiendo la forma de las secciones para formar piezas por capas. El material se deposita aproximadamente 1 °C por encima de su punto de fusión, de manera que el hilo solidifica inmediatamente sobre la capa precedente.

Definición de Diseño e Investigación

El diseño se define como el “proceso de selección de alternativas que se convierten en un resultado específico que permite realizar una tarea que verifica una serie de requisitos”. Para realizar un diseño, se parte de conocimientos ya existentes procedentes de investigaciones anteriores. Por ello, es fundamental distinguir entre el proceso de diseño y la investigación.

La investigación es considerada una actividad orientada a la obtención de nuevos conocimientos y su aplicación para la solución de problemas.

Propiedad Intelectual: Patentes y Modelos de Utilidad

La Patente: Protección de Invenciones

Una patente, según la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (OMPI), es un derecho exclusivo concedido a una invención. Esto significa que protege un producto o procedimiento que aporta, en general, una nueva manera de hacer algo o una nueva solución técnica a un problema.

Requisitos y Duración de una Patente

La duración de una patente es de 20 años. Para ser concedida, una invención debe cumplir con los siguientes requisitos:

• Novedad: No debe haberse dado a conocer al público con anterioridad a la fecha de solicitud (novedad internacional).
• Actividad Inventiva: La invención no debe resultar evidente para un experto en la materia basándose en conocimientos ya publicados con anterioridad.
• Aplicación Industrial: El objeto de la patente debe poder ser fabricado o utilizado en cualquier clase de industria.

El Modelo de Utilidad: Innovaciones Menores

Un modelo de utilidad es un derecho exclusivo que concede un Estado a una invención, permitiendo a su titular impedir a terceros utilizar comercialmente la invención sin su autorización durante un período de tiempo limitado.

Características y Duración del Modelo de Utilidad

La duración de un modelo de utilidad es de 10 años.

Al igual que las patentes, los modelos de utilidad protegen invenciones, pero estas son de menor valor creativo y, por tanto, con menor actividad inventiva. Por lo general, los modelos de utilidad se aplican a invenciones de menor complejidad técnica y se centran en la protección de objetos (como utensilios, instrumentos, herramientas, aparatos, dispositivos o partes de los mismos).