Maestría en Ingeniería Mecánica

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Efecto del GMAW pulsado (GMAW-P) en la integridad y microestructura de soldaduras aplicadas sobre acero inoxidable martensítico con electrodo EC410NiMo
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Morales Galeano, John Edison; Giraldo Barrada, Jorge Enrique; https://orcid.org/0000-0001-5175-9357; Grupo de investigación en soldadura; Calderón Hernández, Jose Wilmar
Este trabajo se realizó para evaluar el impacto de algunos parámetros de GMAW pulsado en la geometría y microestructura de recargues de soldadura realizados con electrodo EC410NiMo y mezcla de 98%Ar-2%O2 como gas de protección sobre acero inoxidable ASTM A743 grado CA6NM. El desarrollo experimental estuvo dividido en dos etapas donde en la primera se buscaba determinar la corriente de transición y los modos de transferencia de metal para el electrodo mediante la aplicación de soldaduras y el análisis de sus señales eléctricas. La segunda etapa del desarrollo experimental se enfocó en determinar los parámetros de GMAW pulsado bajo la condición UGPP y mediante la variación de la duración del tiempo tipo para velocidades de alimentación de alambre entre 150 y 300Pul/min y determinar su efecto en las geometrías y microestructuras finales de los recargues de soldadura. Dentro de los resultados más importantes se observó que para las velocidades de alimentación evaluadas, el electrodo que el electrodo EC410NiMo presenta una corriente de transición en el rango de amperaje entre 150 y 170 A, que los tiempos de pulso de Tp=4.5ms ocasiona que las soldaduras presenten una apariencia irregular en toda la longitud el cordón, finalmente que todas las soldaduras presentaron una zona afectada térmicamente dividida en dos regiones principales, ZAT dura y ZAT blanda.
Separación de mezclas agua/hidrocarburos a partir de metales celulares con afinidad superficial selectiva
(Universidad Nacional de Colombia, 2019-08-04) Álvarez Gil, Laura Carolina; Fernández Morales, Gloria Patricia; Ramírez Patiño, Juan Fernando; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001637449; Álvarez Gil, Laura Carolina [0000000182196366]; GIBIR
Los derrames de hidrocarburos en fuentes de agua son eventos de alta afectación ambiental, lo que conduce al desarrollo de métodos que faciliten la respuesta ante estas eventualidades, donde es prioritario maximizar la selectividad y minimizar los tiempos de recolección. Los materiales porosos con superficie modificada se han presentado como una alternativa para la atención de derrames de hidrocarburos en fuentes de agua, debido a su aplicabilidad como barrera selectiva. En esta tesis se desarrolló una metodología para el uso de espumas de aluminio obtenidas por infiltración de moldes solubles y su alteración superficial por inmersión en solución de ácido dodecanoico, obteniendo un material con características hidrófobas que favorecen su aplicación en procesos de separación de mezclas agua/hidrocarburos. Se obtuvieron probetas de tamaños de poro de entre 425 y 1200 μm, las cuales fueron empleadas en un proceso de separación dinámica de agua/aceite por succión. El material mostró repelencia por el agua y eficiencias de separación superiores al 98%, posicionando al aluminio dentro de los materiales de alto potencial de uso en la obtención de barreras selectivas de fluidos.
Caracterización de la condición de los rieles de tren usando la función de respuesta de frecuencia y redes profundas
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-05-19) Navas Orduz, Jose Miguel; Restrepo Martinez, Alejandro; Grupo de Promoción E Investigación en Mecánica Aplicada Gpima
Debido a la crítica importancia del riel en el mantenimiento del sistema ferroviario, se hace imprescindible desarrollar un proceso que permita evaluar el estado del riel, cuantificar la severidad de sus posibles defectos y cambios en configuraciones estructurales. Este análisis es esencial para tomar medidas apropiadas, asegurando la confiabilidad y mantenibilidad del sistema en su totalidad. En este contexto, este proceso de investigación se enfoca en la implementación de una metodología que caracteriza los rieles de tren a través de su comportamiento dinámico mediante el análisis modal. El cual, aborda el análisis frecuencial a través de tres enfoques: teórico, numérico y experimental. El proceso experimental de análisis modal se realiza mediante la técnica de ensayo de martillo. Para ello, se realiza un estudio de determinación del comportamiento frecuencial del riel con respecto a cambios en la distancia entre fijaciones y a la variación de condiciones como generación de defectos. Dicho proceso implica la captura de señales mediante un acelerómetro uniaxial para la respuesta del riel y un martillo instrumentado para el impacto. Se recopilaron 45 señales para cada distancia y condición, y posteriormente se realizaron transformaciones a través de la Función de Respuesta de Frecuencia (FRF), la Transformada de Fourier (FFT) y la Transformada Continua de Wavelet (CWT). Para la interpretación y clasificación de los datos, se emplearon métodos estadísticos, como el método Z, y técnicas de aprendizaje de máquina mediante redes convolucionales profundas (CNN). Estas fueron evaluadas utilizando criterios y métricas como la exactitud, la matriz de confusión y la curva ROC. Todo esto proporcionando una metodología funcional que permite la caracterización del comportamiento frecuencial del riel de tren, considerando modificaciones tanto en el tipo de ensamble como en las variaciones de propiedades físicas. (Tomado de la fuente)
Implementación de un plan de mantenimiento integral para una planta de embotellado
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Díaz Marín, Juan Daniel; Vanegas Molina, Nelson Antonio
El presente trabajo es implementado en una empresa dedicada a la elaboración de bebidas no alcohólicas, producción de aguas minerales y de otras aguas embotelladas. La compañía cuenta con cinco líneas de embotellado las cuales producen un aproximado de dos millones de botellas diarias. Sin embargo, la planta se regía bajo un mantenimiento correctivo, lo cual genera paradas de producción inesperadas por la falla de algún componente, demoras en los tiempos de mantenimiento, tiempos muertos por falta de repuestos, baja disponibilidad y confiabilidad de las máquinas, y altos costos de mantenimiento. Además, la lubricación se realizaba de manera empírica basada en los conocimientos del lubricador, no existía un plan de capacitación o entrenamiento continuo, ni un plan de lubricación establecido con el cual se pudiera evidenciar y regular el tipo de lubricante aplicado, la cantidad y la frecuencia en la que se debía aplicar, lo que incrementaba la probabilidad de fallas por lubricación y los costos. Es el objetivo de este proyecto desarrollar un diagnóstico y realizar la implementación de un plan integral de mantenimiento preventivo y de lubricación para las líneas de producción de bebidas carbonatadas en la planta. La metodología seleccionada para el desarrollo de este proyecto es la del Mantenimiento Total Productivo (TPM) la cual está dividida en ocho pilares que se abordan para alcanzar la eficiencia esperada en el mantenimiento, tanto a nivel técnico como administrativo. Los principales resultados obtenidos al planear y llevar a cabo actividades de mantenimiento de una manera más organizada son el incremento de la eficiencia de producción, pasando del 58% al 79% en la línea N°1, una reducción de las paradas inesperadas hasta en un 50% y una reducción en costos de lubricación cercana a los 70 millones de pesos, generando a su vez datos históricos para analizar a futuro el comportamiento de los componentes y fallas similares a las ya ocurridas; permitiendo lograr un plan de mantenimiento óptimo y eficiente de gran relevancia para la óptima operación y rentabilidad de la empresa. (Tomado de la fuente)
Biomechanical behavior of the postsurgical deformed lumbo-pelvic spine
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Vallejo Pareja, Samuel; Ramírez Patiño, Juan Fernando; Ruiz Wills, Carlos Eduardo; Vallejo Pareja, Samuel; Vallejo Pareja, Samuel; Vallejo Pareja, Samuel [0000-0002-5324-9251]; Grupo de Investigación en Biomecánica e Ingeniería de Rehabilitación (Gibir)
Based on literature, one of the common lumbar spine disorders reported is the isthmic high-grade spondylolisthesis (HGS), and there is no consensus on its surgical treatment selection. Thus, the present thesis aims to evaluate from an engineering point of view the influence of the fixation configuration for deformed or fractured spine surgery on the stabilization, biomechanical behavior, and stress state of the post-surgical lumbo-pelvic spine, providing a useful source of information for surgical planning and decision making. To evaluate the pathology as HGS (as literature-based selected case of study of deformed spine), a patient specific lumbosacral spine model was obtained with Scalismo and CAD modeling and used as a base to recreate a HGS condition. The diagnosis was made based on clinical literature and consisted of a lumbosacral spine with grade 3 isthmic spondylolisthesis, low dysplasia (L5 rectangular), an unbalanced spine (C7PL in front of FH), and a retroverted pelvis (low SS/high PT, vertical sacrum). Fusion In situ (FIS) with laminotomy and Lumbar interbody fusion (LIF) with reduction and laminotomy techniques were identified as suggested treatments, based on the Mac-Thiong classification scheme and clinical reports. Six variations of each fixation technique, involving adding or removing screws by spine level, were defined as possible instrument configurations, and compared. Based on the case of study and geometrical model, biomechanical Finite element models were developed to evaluate the mechanical response of HGS lumbosacral spine treated with FIS and LIF techniques, along with the proposed configurations. Thirteen models, divided into two groups (FIS and LIF models), were developed as variations of FIS and LIF base models. The spine mesh was built up in Abaqus from the vertebrae, supported by BCPD morphing process. To simulate the mechanical conditions of the surgical procedure in the two groups of FIS and LIF models, Swelling, Reduction/ Displacement, and Fixation standing steps were defined. A comparison between variations by level in the FIS and LIF instrumentation configurations for HGS was developed using FEM. The results obtained can be used to establish which levels are required to fix the system while ensuring the safety of both the biological systems and the instrumental. For model validation, a comparison of FIS and LIF models with experimental, numerical, and clinical outcomes reported in the literature is suggested as an alternative.
Diseño y prototipado de pie prostético de almacenamiento y retorno de energía ESAR para amputados transtibiales colombianos por manufactura aditiva
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-11-02) Pérez Barón, Andrés Felipe; Vanegas Molina, Nelson Antonio; Vanegas Molina, Nelson Antonio [0000-0001-9161-7070]; Diseño Mecánico Computacional Dimec
Actualmente, la demanda de pies prostéticos en Colombia asciende a aproximadamente 5000 unidades anuales. Este trabajo se propone el diseño de un pie prostético de almacenamiento y retorno de energía, tipo ESAR (Energy Storage And Return), para amputados transtibiales. Investigaciones previas indican que este tipo de prótesis mejora la simetría de los pasos y reduce la disipación de energía en la transición de paso a paso en comparación con los pies prostéticos de talón suave, tipo SACH (Solid Ankle Cushioned Heel). La propuesta utiliza tecnología y materiales fácilmente accesibles en Colombia, lo que no solo brinda comodidad a los usuarios, sino también impulsa el desarrollo tecnológico del país. Este proyecto es de relevancia, ya que tiene un impacto directo en la calidad de vida de las personas que han experimentado la amputación de sus miembros inferiores. La implementación de esta prótesis les permitirá recuperar a colombianos con amputación transtibial parte de su independencia, superando las limitaciones de algunas opciones disponibles en el mercado local con comportamiento semejante al pie prostético SACH. El enfoque de investigación abarca el diseño y prototipado del ESAR, centrado en amputados transtibiales en Colombia, empleando técnicas de manufactura aditiva. El proceso se inicia con la definición de especificaciones de los usuarios para traducir posteriormente los resultados en especificaciones de ingeniería utilizando la metodología de la Casa de la Calidad. A partir de un estudio del estado del arte, se generan conceptos que son evaluados y elegidos bajo criterios de factibilidad y capacidad de los diseños conceptuales de cumplir con criterios alineados con el objetivo general de este proyecto. La elección del material se basa en la restricción de manufactura mediante deposición fundida (FDM), optando por materiales locales que ofrecen óptimas propiedades para la fabricación, incluyendo capacidad de memoria de forma y resistencia a esfuerzos. Luego, se lleva a cabo un diseño de experimentos para evaluar las dos condiciones críticas de esfuerzo en el pie prostético. Durante estas pruebas, se implementan modificaciones en el material y la forma, y se realizan análisis por elementos finitos para simular las condiciones de esfuerzo reales. Se opta por el diseño que muestra un rendimiento adecuado en ambas situaciones simuladas. Finalmente, con el diseño seleccionado, se procede a la fabricación del prototipo en una empresa local. Al mismo tiempo, se describe un método de caracterización mecánica que concuerda con las simulaciones, permitiendo la evaluación de las propiedades reales del prototipo y determinando su grado de seguridad para su uso en personas con amputación. El resultado es un prototipo de pie prostético que cumple con los estándares promedio de amputados transtibiales en Colombia, fabricado mediante impresión 3D y con un nivel de seguridad teórico comparado con prótesis de países en desarrollo fabricadas en plástico, como la prótesis Niagara, que ha demostrado un buen desempeño. (Texto tomado de la fuente)
Evaluación del impacto e importancia de los sistemas contraincendios en el proceso de generación de energía en plantas de naturaleza hidroeléctrica (caso de estudio: Central de generación de 660MW)
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-01-31) Aguirre Restrepo, Valentina; Guevara Carazas, Fernando Jesús; Guevara Carazas, Fernando Jesús [0000-0001-8529-4383]
La falta de conocimiento de la relación funcional de los sistemas contraincendios en el proceso de generación de energía en centrales hidroeléctricas es un obstáculo en el camino de implementar políticas corporativas que ayuden a prevenir eventos de incendios. Esta deficiencia inicia a partir de la idea de que los sistemas contraincendios son sistemas independientes al proceso de generación, lo que causa una baja participación del personal de la central y una baja sensibilidad de estos con relación a la importancia del sistemas contraincendios. La presente investigación se enfoca en estudiar la operación de los sistemas contraincendios dentro del proceso de producción de energía en una central de generación hidroeléctricas mediante la caracterización de los sistemas contraincendios instalados , la definición de una interacción entre estos sistemas y el proceso de producción energía y la evaluación de esta interacción a través de indicadores estratégicos como la confiabilidad. (Texto tomado de la fuente)
Diagnosis of incipient failures in rolling element bearings under nonstationary operation conditions by vibration analysis
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-01-31) Arango Castrillón, Juan David; Guevara Carazas, Fernando Jesús; Restrepo Martínez, Alejandro; Restrepo Martínez, Alejandro [0000-0001-8978-2077]; Arango Castrillón, Juan David [0000-0002-4615-9186]; Guevara Carazas, Fernando Jesús [0000-0001-8529-4383]; Gestión, Operación y Mantenimiento de Activos - Gomac
Rolling Element Bearings –REB are a fundamental part of most of rotating machines. Consequently, their fault detection and timely diagnosis are of great interest to improve the reliability and maintainability of rotational equipment. Vibration analysis is the most widely used tool for bearing diagnostics. Despite advances in algorithms and digital signal processing for diagnosis, it is common to find great advances for cases in which operating conditions remain stationary. This is not the case with many rotating equipment, where the angular velocity can be variable over time. In general, operation under variable speed conditions generates vibratory responses at which angle-periodic phenomena are combined with time-periodic phenomena. This work presents a method for the diagnosis of bearing failures, using "Computer Order Tracking" algorithms, Cycle-Non-Stationarity analysis and Spectral Kurtosis analysis. The method was evaluated using a series of signals captured under variable speed conditions and a series of simulated signals, under different load and speed conditions. Additionally, a signal demodulation strategy is proposed, and a classifier is presented, trained with a combination between simulated signals and captured signals for the diagnosis of types of failures.
Use of physical modeling tools in the design of fire-protection systems for an electric transformer in an underground hydroelectric Power Plant
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-07-24) Vélez Sánchez, Carlos Andrés; Molina Ochoa, Alejandro; Bioprocesos y flujos reactivos
The design of fire protection systems in underground power plants goes beyond what is solely prescriptive. This is because, in addition to the risks of the operation of rotating and electrical equipment, there is difficulty in evaluating the time required for the evacuation of personnel due to the long distances between the access portal and the power plant. Therefore, it is necessary to carry out performance-based designs to reduce the level of uncertainty left by prescriptive designs and verify that personnel can evacuate properly. In this monograph, three different physical modeling tools (PMTs) were analyzed: Fire Dynamics simulator (FDS), Consolidated Model of Fire Growth and Smoke (CFAST) and ANSYS-FLUENT, in a case of application of fire in an oil-insulated transformer with an estimate heat release rate of 8746 kW, for which five different fire scenarios were analyzed. A prescription-based approach to the characterization of a fire protection system and a fire risk analysis in hydroelectric power plants was initially undertaken. This part was particularly devoted to a fire in an electric transformer and lead to the design of a fire protection system exclusively based on prescriptive recommendations. Five fire scenarios that considered either a confined system (the transformer cell) or an unconfined system (the transformer cell and the adjacent hallway) as well as the availability of smoke evacuation and water deluge protection were then modeled with all the three PMTs. The results from all the PMTs simulations were compared, particularly those related with smoke temperature and predicted Heat Release Rate (HRR). The available evacuation times (ASET) calculated by the PMTs and associated to risks related to changes in temperature, concentration of carbon monoxide, carbon dioxide and oxygen and thermal radiation were compared with the required evacuation time (RSET) calculated by the prescriptive method. It was identified that the time required for the evacuation of personnel is less than the time available. The results of the smoke layer temperatures reported by the PMTs were compared with those calculated by the prescriptive method for the definition of the smoke extraction system. Finally, the functionality of each PMT to model the proposed fire scenarios was evaluated. FDS could be used simulate the five proposed scenarios. CFAST demanded to artificially adjust the HRR to represent the deluge extinguishing system. Even though a more detailed representation of the geometry was possible with FLUENT, only the steady-state cases could be modeled in a similar computational time frame that of FDS and with a personal computer. Even though CFAST was deemed as the easiest to use PMT, FDS was confirmed as the standard to use when modeling fires as its mathematical complexity allows for a more reliable fire representation. Although FLUENT has potential for fire simulation, its application by fire safety engineering (FSE) practitioner would be limited to steady state simulations if the simulations are to be carried out in the time frame and with the typical computational facilities available in industry.
Evaluación del proceso extractivo de oro, aurífero a cielo abierto, mediante las metodologías de análisis de ciclo de vida, primera ley de la termodinámica y exergía. (Caso de estudio)
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Orozco Loaiza, Carlos Andrés; Velásquez Arredondo, Héctor Iván; Bioprocesos y Flujos Reactivos
El siglo XX se caracterizó por el crecimiento económico de países industrializados que se mantuvo por la extracción y uso masivo de los recursos minerales presentes en el subsuelo; situación que no ha cambiado en la actualidad a causa del latente deseo de un “nivel de vida más alto” y un progreso tecnológico donde las limitaciones físicas del planeta podrían restringir seriamente las economías mundiales, de hecho, muchos productos minerales como el petróleo o el cobre ya muestran signos de escasez, en consecuencia, sus precios están aumentando considerablemente [1]. El sector minero colombiano caracterizado por la producción de carbón, oro, esmeralda, ferroníquel y materiales de construcción; es considerado como un agente económico que impulsa el desarrollo en la región, que requiere fortalecimiento de sus políticas y responsabilidad ambiental. Por lo tanto, esta investigación pretende mostrar la importancia de implementar metodologías basadas en la lógica de la naturaleza que permitan calcular el Impacto Ambiental de actividades extractivas, como lo es la minería Aurífera a Cielo Abierto, de manera objetiva; con la finalidad de medir el costo físico de un Recurso Natural a partir de un estado degradado en el denominado Ambiente de Referencia, utilizando la Exergía como unidad universal de medida. Mostrando con esto opciones al momento de evaluar los Impactos Ambientales en los proyectos mineros, fortaleciendo la toma de decisiones y la gestión energética. Los resultados de evaluar el caso de estudio aurífero a cielo abierto en Colombia, revelan que tanto el Análisis de Ciclo de Vida (ACV) en su indicador de CExD (Cumulative Exergy Demand) junto con el análisis de exergía; estos constituyen una herramienta que evalúa la degradación de los recursos no renovables presentes en el subsuelo en forma de exergía destruida e impacto ambiental. Logrando la identificación de procesos críticos en la operación, ambiental y energéticamente hablando, al encontrar sus impactos ambientales, eficiencias exegéticas y proponiendo escenarios donde si se mejora la eficiencia se disminuye la destrucción de exergía y, en consecuencia, se reducen las posibles emisiones al medioambiente. Este análisis puede implementarse como una guía básica para la toma de decisiones en la planificación de los procesos mineros integrando el componente ambiental con la producción [2][3][4]. (Texto tomado de la fuente)
Technical feasibility of recovering degraded GTD 111 blades in service through heat treatment and additive manufacturing
(Universidad Nacional de Colombia, 2022-08-08) León-Henao, Henry; Toro Betancur, Alejandro; Giraldo Barrada, Jorge Enrique; Henry León-Henao; León Henao, Henry [0000-0002-1582-9386]; Giraldo Barrada, Jorge Enrique [0000-0001-6614-0661]; Grupo de Soldadura; Grupo de Investigación en Corrosión, Tribologia y Energía
Repair components of the hot gas path is crucial for economic reasons in gas turbine engines. In this work, a characterization of deposits applied by Laser Powder Bed Fusion (LPBF) and Laser Powder Directed Energized Deposition (LP-DED) on a 1st stage blade made of GTD 111 DS superalloy were carried out. The 1st stage blades are damaged in operation due to collision of external objects, development of thermal fatigue cracks and hightemperature erosion, which drastically reduces their lifetime. The process parameters for LDED and L-PBF were established as a function of the integrity and geometry of the deposits. René 65 powder was used for both processes without preheating. Visual inspection and macro etching were used to evaluate the weld metal deposits soundness. Optical microscopy and scanning electron microscopy were used to examine the microstructure of the deposited layers in the cross-section and EBSD allowed studying the crystallographic texture. Compared to conventional processes, L-PBF and LP-DED provide crack-free deposits and better control of shape and dimensions, reducing machining time. In particular, the L-PBF process has greater precision, which makes it ideal for replicating the blade’s cooling holes. The study demonstrates the feasibility to restore dimensions of a tip blades and illustrates the significant potential of Additive Manufacturing (AM) utilizing powders of high γ' avoiding hot cracking.
Efecto del hueso de la pelvis en el estado de esfuerzos del miembro residual en la interacción con el socket de un amputado transfemoral
(Universidad Nacional de Colombia, 2022-09) Atehortua Carmona, Juan Fernando; Ramirez Patiño, Juan Fernando; Grupo de Investigación en Biomecánica e Ingeniería de Rehabilitación (Gibir)
Se desarrollaron 3 tipos de modelos numéricos de 15 personas con amputación transfemoral que permiten analizar el estado de esfuerzos en el miembro residual debido a la interacción con el socket durante la postura y el ciclo de marcha en una condición de máxima solicitación. Un primer modelo que sólo incluye el hueso del fémur y una porción del miembro residual que no incluye la zona glútea, un segundo que solo incluye el hueso del fémur y una porción del miembro residual que incluye la zona glútea y un tercer modelo que incluye le hueso del fémur, el hueso de la pelvis y una porción del miembro residual que incluye la zona glútea. También, se determinó la posibilidad de desarrollar un modelo numérico de personas con amputación transfemoral multicapa. Finalmente se encontró que el hueso de la pelvis no tiene incidencia en el estado de esfuerzos en la interacción del socket con el miembro residual, pero que incluir una porción del miembro residual en este tipo de modelos tiene incidencia en la distribución del estado de esfuerzos en la interacción del miembro residual con el socket, y se logró desarrollar un modelo numérico multicapa para personas con amputación transfemoral realista. (Texto tomado de la fuente)
Diseño de una junta adhesiva para el ensamble de un prototipo de chasis monoplaza serie kart
(Universidad Nacional de Colombia, 2022-08-18) Portilla Enriquez, Daniel Alejandro; García Monsalve, Germán Leonardo; Vanegas Molina, Nelson Antonio; Diseño Mecánico Computacional DIMEC
Se presentan los resultados obtenidos de una investigación experimental, relacionada con el diseño y fabricación de uniones adhesivas anaeróbicas ensamblada en un chasis tubular de un vehículo monoplaza de competencia go kart, normalizado según la norma CIK/FIA, para determinar la influencia de algunos parámetros de diseño (material de los sustratos, espesor/volumen del adhesivo, parámetro de rugosidad superficial y longitud de la unión) en la resistencia mecánica de la unión a torsión. La selección de los puntos de unión con ensamble adhesivo, requirió la evaluación del comportamiento mecánico estructural del chasis y se utilizó el análisis por elementos finitos como herramienta de diseño para establecer el estado de esfuerzos cuyos valores máximos de 72.2 MPa se concentraron en las zonas cercanas a los ejes del kart donde fueron seleccionados seis nodos para los ensambles adhesivos. Se propuso una metodología para la construcción y ensamble del chasis consistente en cinco etapas que incluyen desde el diseño y manufactura de la junta adhesiva cilíndrica hasta el ensamble de los elementos del chasis. Los parámetros geométricos seleccionados para el diseño de la unión adhesiva fueron; rugosidad de 1.5 μm, longitud de traslape de 16 mm, espesor adhesivo 0.3 mm. Se utilizó un adhesivo anaeróbico comercial Loctite 648 en un proceso de curado a temperatura entre los 80°C y 100°C por 1 hora. Finalmente, la evaluación de la resistencia mecánica de la unión adhesiva se apoyó en un diseño experimental factorial 2k, dos factores con dos niveles y se manufacturan probetas previamente diseñadas para las uniones adhesivas que se someten a ensayos destructivos bajo cargas a torsión cuasi estáticas, obteniendo una resistencia máxima a torsión de 29 Nm. (texto tomado de la fuente)
Determinación de la condición de las válvulas antirretorno tipo clapeta oscilante mediante el análisis de señales temporales y algoritmos de inteligencia artificial
(Universidad Nacional de Colombia, 2022-06-13) Amaya Rodríguez, José Ignacio; Restrepo Martínez, Alejandro; Grupo de Promoción E Investigación en Mecánica Aplicada Gpima
Las válvulas antirretornos son complementos de mucha utilidad dentro de las líneas industriales de extracción de café. Estás válvulas pueden presentar fallas durante su funcionamiento debido al desprendimiento del disco, desgaste del asiento o fatiga del resorte, generándose fallas y pérdidas de tiempo en los procesos. Actualmente, el aprendizaje profundo mediante las redes neuronales convolucionales ha permitido investigar y procesar gran cantidad de datos, lográndose excelentes resultados en la predicción del estado de componentes industriales. Es así, como este trabajo se centra en las técnicas de mantenimiento predictivo de vibraciones, ultrasonido y emisión acústica por medio de la captura de señales temporales, análisis de descriptores temporales, estrategias de reducción de dimensionalidad como PCA, tSNE y UMAP, además, del agrupamiento con entrenamiento Kmeans. Adicionalmente, se empleó el método SFS para la selección de las características más significativas de los descriptores temporales y de esta manera mejorar la capacidad computacional del análisis de los datos. Se utilizaron redes NN (Patternet) como clasificadores en el entrenamiento no supervisado y modelos de árbol de decisión para evaluar patrones obtenidos durante los entrenamientos realizados. Además, para el entrenamiento supervisado se emplearon representaciones graficas de espectrogramas y escalogramas, los cuales se obtuvieron con arquitecturas de redes profundas como GoogleNet, SqueezeNet y una red convolucional propuesta desarrollada dentro de la experimentación. La evaluación de los entrenamientos se realizó mediante la matriz de confusión y curva ROC para determinar la eficiencia de los clasificadores empleados. Los resultados obtenidos en esta investigación permitieron determinar el comportamiento de la válvula antirretorno, clasificar el estado (buena o mala) y concluir que, la red GoogleNet para espectrogramas presentó el mejor desempeño con respecto a los demás clasificadores estudiados. Este estudio permitirá en el futuro desarrollar una estrategia predictiva para anticiparse al fallo de la válvula antirretorno. (Texto tomado de la fuente)
Identificación de diferentes modos de operación en bombas hidráulicas de caudal fijo con pistones axiales mediante técnicas de aprendizaje automático
(Universidad nacional de Colombia, 2022-05) Alzate Rincón, César Augusto; Restrepo Martínez, Alejandro
Este trabajo busca identificar diferentes condiciones de operación en las bombas de pistones axiales de eje desviado mediante técnicas de análisis predictivo; la tesis expone la identificación de diversas situaciones de operación del equipo, que permitan extraer sus principales características de operación y establecer criterios claros de decisión ante posibles fallos en el equipo. La bomba de pistones axiales de eje desviado objeto de este estudio, hace parte de una máquina inyectora de una importante compañía de inyección de poliuretano ubicada en la ciudad de Medellín, donde las mediciones fueron tomadas durante el proceso productivo de inyección de espumas y las diferentes referencias de productos representan sus distintos modos de operación. La toma de datos de operación se dio a través de la medición de señales temporales como vibraciones, emisiones acústicas, ultrasónicas y campos magnéticos, discriminando diferentes niveles de exigencia del equipo. Esta información medida tendrá una etapa de análisis y descripción en el dominio del tiempo y la frecuencia mediante diferentes técnicas, así se facilitará un proceso de clasificación con estrategias de agrupamiento y redes neuronales; y finalmente se examinará el rendimiento de la clasificación con herramientas gráficas de evaluación. El resultado del desarrollo de la tesis hará posible comparar los diferentes métodos utilizados determinando la mejor sugerencia para un plan de diagnóstico de las bombas de pistones, que será el principal insumo de un programa de mantenimiento basado en la condición del equipo que garantice un prolongado ciclo de vida con eficiencia y eficacia en su operación. (Texto tomado de la fuente)
Evaluación de la capacidad de detección del procedimiento de ultrasonido del código AWS D1.5 para examinar puentes vehiculares mediante reflectores artificiales
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-12) Cortés Arias, Paula Andrea; Giraldo Barrada, Jorge Enrique; Grupo de Soldadura
El presente estudio se enfocó en determinar de forma cuantitativa la capacidad de detección y evaluación del método de ultrasonido (con un enfoque en amplitud del eco) de la Sociedad Americana de Soldadura para el examen de puentes y edificaciones soldadas. Antes de abordar la parte experimental se llevó a cabo análisis del estado del arte del origen de este procedimiento y de las críticas que se le han realizado a lo largo de casi sesenta años de uso en los Estados Unidos. Se hicieron tres experimentos (0, 1 y 2) que consistían en el examen de bloques de acero ASTM A709 Gr. 50W, empleado en puentes, a los que se introdujeron dos tipos de reflectores artificiales planares (NTH y FBH) y un tipo de reflector volumétrico (SDH) ubicado en dos posiciones del espesor, de cuatro tamaños (0.5 mm, 1.0 mm, 3.0 mm y 5 mm). Los bloques fueron examinados con un equipo de ultrasonido pulso-eco, de forma manual, siguiendo la técnica prescriptiva del procedimiento de la AWS (Experimento 0) y alterando dos características que podrían influir en la capacidad de detección del procedimiento: el tamaño del cristal (experimento 1) y la frecuencia (Experimento 2). Los datos también se obtuvieron con variaciones en el ángulo de incidencia (45°, 60° y 70°). Se hicieron ocho mediciones (dos distancias del sonido, dos niveles de escaneo y dos ensayos) por cada tipo y tamaño de reflector dando como resultado 1224 datos. Entre los resultados más importantes se encuentra que, aunque el procedimiento prescriptivo de la AWS tiene una buena capacidad de detección que se mantiene con las modificaciones de frecuencia y tamaño del cristal; el procedimiento presenta una mala capacidad de evaluación de los reflectores (sin importar su tamaño o tipo), que se evidencia en su incapacidad de generar respuestas (índice de la indicación) diferenciales por tamaño de reflector y en su tendencia a que todos los tipos de reflectores se clasifiquen como inocuos para la estructura (Clase D). (texto tomado de la fuente)
Diseño de bombas centrífugas utilizando el método de optimización topológica y computación paralela en la nube
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-12-14) Arcentales Bastidas, Xavier Andres; Montealegre Rubio, Wilfredo; Diseño y Optimización Aplicada (Doa)
Este trabajo se focaliza específicamente en bombas centrífugas de flujo radial, cuya componente de velocidad axial no es considerada en comparación con las velocidades tangenciales y radiales, dando lugar al diseño de álabes en dos dimensiones. En consecuencia, como el diseño de álabe es una tarea compleja, debido a la cantidad de parámetros geométricos libres involucrados (radio de curvatura, ángulo del alabe, etc.), se usa el Método de Optimización Topológica (MOT). La selección del MOT en comparación con otro método de optimización (paramétrica, material o de forma) se justifica por el simple hecho de que este método combina todos los métodos anteriores (optimización más robusta). Para el diseño topológico de los álabes, se solucionan las ecuaciones de estado de Navier-Stokes por medio del método de los elementos finitos (MEF), para generar los campos de velocidad y presión, que son los campos de distribución que simulan el comportamiento fluidodinámico dentro del impeler, para posteriormente minimizar dos fenómenos físicos (funciones objetivo) que son la energía de disipación viscosa y la vorticidad. Estas funciones objetivo se combinan en una función bi-objetivo mediante el método de la suma ponderada, dando así mayor minimización a una función con respecto a la otra. Adicionalmente se fórmula el problema de optimización agregando la fuerza de fricción artificial de Darcy en las ecuaciones de Navier-Stokes para flujo incompresible, el método adjunto discreto se utiliza para hallar las sensibilidades y se usa el método de las asíntotas móviles para actualizar la variable de diseño gamma. Para la solución de las ecuaciones de Navier-Stokes en conjunto al problema de optimización, se desarrolla un algoritmo computacional en MATLAB. Adicionalmente se paraleliza el algoritmo desarrollado y se ejecuta el código con la utilización de varios Cores (núcleos CPU) en la nube con dos proveedores diferentes: a) Amazon Web Services (máquina virtual) y b) Equinix (máquina bare-metal), con el objetivo de acelerar el proceso de diseño de los álabes. El resultado obtenido de la topología cuando se considera únicamente la minimización de la energía de disipación (wd=1 y wr=0) es 5.88 Watts. Adicionalmente, el desempeño que se obtiene cuando se considera la minimización de la energía de disipación y vorticidad (wd=0.8 y wr=0.2) es de 5.94 Watts. Estas topologías son extendidas en un diseño de dominio completo en un modelo 3D usando ANSYS FLUENT, con el objetivo de validar la minimización de las funciones objetivos obtenidas por el Método de Optimización Topológica (MOT). (Texto tomado de la fuente)
Computational fluid dynamics simulation of a vertical furnace with top submerged lance for the recovery of lead from spent lead-acid batteries
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-12-06) Ortiz Prada, Andrés Fernando; Molina Ochoa, Alejandro; Henry Copete; Bioprocesos y Flujos Reactivos
A medida que los vehículos de combustión interna tienen mayor presencia en Colombia, generan una cantidad significativa de desechos peligrosos. Las baterías de plomo-ácido (BPA) que deben cambiarse periódicamente una vez que alcanzan su vida útil son, posiblemente, los desechos peligrosos más comunes producidos por los vehículos. La eliminación inadecuada de las BPA puede ser altamente peligrosa para el medio ambiente y el bienestar de las personas. El reciclaje de Baterías de Plomo-Ácido Usadas (BPAU) mediante pirometalurgia se ha establecido como una alternativa para recuperar elementos valiosos, principalmente Pb. Esta tesis describe una simulación de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de un horno de lanza vertical sumergida (TSL), una tecnología que no ha sido implementada en Colombia para el reciclaje de BPAU pero que se considera prometedora dada su alta eficiencia energética y capacidad de producción. un derretimiento uniforme. Se determinó la condición de operación y configuración geométrica del horno TSL para la producción de 320 kg/h de plomo secundario a partir de BPAU, valor que se adapta a la demanda colombiana de baterías de plomo. El efecto de los cambios en el flujo de combustible (CH4) y oxidante (aire enriquecido, 30 % O2) y la componente de turbulencia del aire de combustión sobre la eficiencia térmica del horno y la hidrodinámica de la masa fundida. También se abordó el efecto de la componente radial sobre el flujo de CH4 en el fenómeno de combustión. Se desarrolló un modelo transitorio para representar los cambios en el horno para la capacidad propuesta y, con la ayuda de datos de la literatura, determinar el tamaño del horno. Se realizó una evaluación preliminar de la combustión en el horno con base en una simulación CFD que utilizó el modelo de transporte de especies y un mecanismo de reacción de dos pasos. La simulación se realizó en el Software Comercial Fluent 2020 R1. Una segunda simulación CFD consideró el horno multifásico transitorio y se basó en el modelo VOF y la turbulencia RANS. Incluía combustión, radiación y presencia de Pb fundido. La simulación se verificó utilizando una correlación empírica basada en datos experimentales para un número de Froude modificado, Frm. Los efectos del flujo de metano (8 g/s a 2 g/s), y la componente tangencial del aire (20° a 50°), en la eficiencia térmica del horno y los campos de velocidad y temperatura y el tiempo de mezcla fueron revisados. Una vez que se alcanzó el estado pseudo-estable, los datos se recopilaron cada 0,04 s durante un período de 5 s. Los resultados indican que la eficiencia térmica del horno disminuye al aumentar la potencia de combustión para una constante de turbulencia constante de 30° La penetración de gas aumenta con el flujo de CH4. Un mayor flujo de combustible disminuyó el tiempo de mezcla y evitó la formación de zonas muertas cerca del fondo del horno, donde se coloca la piquera para la extracción de Pb. Por otro lado, el remolino no tiene un efecto significativo sobre la penetración del gas o el tiempo de mezclado. El diseño propuesto considera un pozo central y pozos secundarios en los cuales el caudal tiene una componente radial equivalente al 80 % de la magnitud de la velocidad. El aire se enriqueció con un 30 % de O2 y se formó una “zona muerta” que permitió el fraguado de plomo en la base. (Texto tomado de la fuente)
Validación de modelos predictivos de analítica de datos de análisis de aceite usado para la toma de decisiones de mantenimiento en un turbogenerador de vapor.
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-09-16) Sierra Mejia, Juan Pablo; Guevara Carazas, Fernando Jesús; Gestión, Operación y Mantenimiento de Activos - Gomac
En el presente trabajo se desarrollan modelos descriptivos, clasificatorios y predictivos de la analítica de datos, con el fin de generar una herramienta de toma de decisiones basadas en las observaciones capturadas de diferentes pruebas realizadas al aceite usado de un turbogenerador de vapor marca Siemens de una industria papelera. Se estructura una base de datos con la información recopilada en un periodo de seis años (81 registros).; allí se cuenta con mediciones de diferentes propiedades del lubricante, por lo que se seleccionan 4 variables principales para el análisis. Las variables seleccionadas son el Número acido total (TAN), el porcentaje de agua disuelta en el aceite, la concentración de fósforo en el aceite y la viscosidad a 40°c. Se implementan modelos de clusterización jerárquica, series de tiempo, aproximación por medias móviles y cartas de control. Por último, se presentan las conclusiones derivadas de la implementación de dichos modelos. (Texto tomado de la fuente)
Modelado, simulación y rediseño de un motor para aplicación dish-stirling para cubrir la necesidad energética de 1 kw.
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-10-11) Correa Zea, Sergio Andrés; Fula Rojas, Manuel Alejandro
Para poder hacer una reducción de CO\textsubscript{2} y la generación de energía eléctrica se toma como elección el motor Stirling acoplado a una concentración solar de potencia térmica que posibilite suplir la dependencia del combustible fósil, cuyo desempeño es por medio de combustión externadonde su virtud más importante es la sencillez de su creación, su escasa contribución a la contaminación del aire y es confiable de nombrar que el motor Stirling puede llevar a cabo funcionar con cualquier tipo de combustible, incluyendo la radiación solar. El motor Stirling tiene uno de los más elevados rendimientos de una maquina térmica, no obstante muestran retos que requieren ser afrontados si se desea obtener un diseño con elevado manejo de la misma forma, la optimización en el diseño no debe exceder ciertos precios máximos del grupo. El segundo problema que perjudica seriamente el manejo y el precio del motor Stirling es la errada selección del regenerador debido a que de este, es dependiente la operación del motor Stirling. Palabras clave: Stirling, Regenerador, Configuración, Energía, Colombia, Emisiones (Texto tomado de la fuente)

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