Revista UIS Ingenierías

Evaluación del desempeño de un motor-generador que utiliza GLP de alto contenido de butano como combustible

2021-10-17T17:34:02+00:00

En este trabajo se presentan los resultados del diagnóstico de desempeño de un grupo motor-generador de 6 cilindros, originalmente diseñado para funcionar con combustible diésel o con gas natural, operando en modo de encendido por chispa y alimentado con gas licuado de petróleo (GLP) de alto contenido de butano. Con el fin de evaluar la operación en estados estacionarios y transitorios del motor-generador, se ha diseñado un protocolo original de prueba y registro de variables de operación, basado en una secuencia escalonada de cargas, que comprende el arranque en frío, la operación en vacío, la operación en unos puntos de carga media y a una limitada plena carga. Durante las pruebas se registraron continuamente la variación de la velocidad de rotación del cigüeñal, el tiempo de calentamiento, las temperaturas del motor, las vibraciones del bloque, la potencia activa/reactiva y frecuencia del motor-generador, así como las emisiones de escape. Los resultados evidencian que, durante el arranque en frío el motor tarda en alcanzar la velocidad nominal, su tiempo de calentamiento es largo y su respuesta de revoluciones durante los transitorios de carga también es lenta, reflejándose esto último en las desviaciones de voltaje y frecuencia de la energía de salida; también durante los transitorios se intensifican los niveles de vibración, aunque los valores se inscriben dentro de los rangos aceptables según la normativa. El desempeño del par del grupo motor-generador es bueno cuando opera con GLP, satisfaciendo las exigencias para las unidades de motor-generador de clase G2, pero durante los cambios transitorios no cumple con las especificaciones requeridas para la clase G1, en términos de desviaciones de frecuencia y voltaje. A la luz de los límites de emisiones sugeridos por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) para las unidades estacionarias, se puede concluir que, sin ajustes y regulaciones apropiados particulares para el GLP, el conjunto motor-generador no cumple con los límites de emisión de monóxido de carbono.

Diseño de dispositivo mecánico para el traslado de pacientes con discapacidad motriz

2021-10-21T18:35:57+00:00

Las discapacidades físicas y motrices que afectan directamente la movilidad de los miembros inferiores generan dependencia del paciente para su movilización y realización de actividades cotidianas, propiciando en algunos casos sobrecarga en el personal de enfermería y cuidadores, manifestada en problemas musculares, además de riesgos al paciente por condiciones inseguras al momento de hacer las movilizaciones. Para aportar una solución al traslado seguro de pacientes parapléjicos y tetrapléjicos en centros de atención médica, surge esta investigación, cuyo objetivo es diseñar un dispositivo mecánico para el traslado de pacientes con discapacidad motriz en centros hospitalarios. Se utilizó una metodología que incluyó la detección de necesidades desde el usuario directo e indirecto, para luego generar los conceptos, seleccionar la mejor propuesta y realizar el diseño de detalle incluyendo el cálculo y la selección de componentes y el análisis estructural de las piezas críticas. El resultado del proyecto fue el diseño de un dispositivo de apoyo que cumplió con la normativa de seguridad y de diseño establecida, y que brinda seguridad y comodidad tanto al paciente como al cuidador, quien se encargará de la manipulación y traslado.

Estudio socio-técnico del uso de energías renovables como alternativa de iluminación en las comunidades de las zonas no interconectadas

2021-10-21T18:35:58+00:00

En Colombia un gran número de familias viven en condiciones de necesidades básicas insatisfechas, en particular, aquellas que se derivan de la ausencia o discontinuidad del servicio de energía eléctrica. El proyecto desarrollado alrededor de esta situación presta especial atención a la iluminación y cómo su ausencia o presencia intermitente modifica los hábitos dentro del hogar en las zonas no interconectadas (ZNI). Estas ZNI son clasificadas por el Gobierno nacional como áreas del territorio quepor su lejanía de los principales cascos urbanos o las dificultades topográficas locales, están fuera del sistema nacional de tendido eléctrico. Se reportan los resultados del trabajo de campo con familias en diferentes ZNI con características geográficas variadas; con base en estos testimonios y experiencias, además de la revisión de propuestas de diseño existentes, se establecen tanto los requerimientos y las determinantes como las cualidades y características que debe tener una propuesta adaptada a los usos, costumbres y condiciones en estos territorios en Colombia, fomentando al mismo tiempo una relación no destructiva con el ecosistema en las ZNI. De este modo se sientan las bases para el desarrollo de propuestas de diseño para la iluminación en los hogares de las ZNI que permitan construir hábitos saludables, satisfacer necesidades básicas y mejorar sus condiciones de vida.

Análisis del comportamiento de la actividad de rayos y sus variables meteorológicas en ciudades de montañosas. Caso Manizales, Colombia

2021-10-21T18:36:37+00:00

El presente artículo muestra el comportamiento diurno y estacional de la actividad de rayos y su relación con las variables meteorológicas que intervienen en la formación de las tormentas, en una ciudad de montaña. Los resultados muestran que Manizales tiene en promedio 69 días tormentosos, es decir, son los días donde al menos un rayo es detectado. Dentro de los resultados, también se puede apreciar que los meses con mayor actividad son marzo y noviembre. El análisis se realizó para los dos periodos lluvioso y seco que se presentan en la zona andina de Colombia. Los resultados muestran que durante los periodos de lluvia la actividad de rayos es más intensa y que obedece principalmente a vientos locales y al desplazamiento de la Zona de Confluencia Intertropical. Dentro del análisis de las variables meteorológicas fue utilizado el ciclo diurno promedio para observar el comportamiento de estas durante los días con actividad de rayos y los que no tuvieron actividad, las variables analizadas fueron presión de superficie, temperatura superficial del aire, temperatura de punto de rocío, razón de mezcla, vientos zonal y meridional.

Diseño de una herramienta computacional para el análisis termodinámico de motores de combustión interna tipo Otto

2021-10-21T18:36:40+00:00

Se obtiene una completa descripción del comportamiento termodinámico de un motor tipo Otto en función del ángulo de giro del eje mediante un código en lenguaje Python. A partir de los resultados, se estiman indicadores de alta relevancia técnica como la presión efectiva indicada, la potencia específica de freno, el consumo específico de combustible y la eficiencia volumétrica. El método propuesto soluciona balances de masa y energía en estado transitorio incluyendo flujo compresible a través de las válvulas y velocidad de combustión. La validación del código implementado se realiza mediante comparación con mediciones experimentales para funcionamiento de motor en modo de arrastre y a condiciones de velocidad angular constante. Empleando la metodología desarrollada, se encuentran resultados más realistas para, entre otros indicadores, la eficiencia térmica, eficiencia volumétrica y la presión media efectiva, y es posible predecir de manera precisa y eficiente el comportamiento termodinámico de motores tipo Otto.

Comportamiento físico-mecánico del hormigón adicionando residuos de acero: una revisión literaria

2021-08-19T10:18:13+00:00

En la actualidad, el interés por usar materiales de desecho y subproductos provenientes del hormigón ha incrementado, debido a la necesidad de minimizar la contaminación en el planeta. El presente documento tiene como objetivo la revisión sistemática de la literatura con respecto a la implementación de los residuos de acero en la mezcla de hormigón, y cómo esto influye en su comportamiento físico-mecánico. Se ha enfocado el interés principalmente en los residuos de acero en forma de escoria, limadura, viruta y fibras, incorporados en todo tipo de hormigón estructural, utilizado en columnas, vigas, zapatas, losas y muros. El uso de estos materiales tiene un alto impacto, pues no solo ayuda a reducir el costo de fabricación de cemento y hormigón, sino que a la vez otorga numerosos beneficios ecológicos, como reducir el costo de los vertederos, ahorrar energía y proteger el medio ambiente de una posible contaminación. Se efectuó la búsqueda de artículos indexados en las diversas bases de datos, tales como ASCE, EBSCO, Google Scholar, ScienceDirect, Scopus y SpringerOpen; se seleccionó finalmente un total de 60 artículos publicados desde el año 2014. Se concluye que el uso de residuos de acero es una alternativa para incorporar a la mezcla de hormigón, pues puede reemplazar parcial o totalmente al agregado y lograr la producción de hormigones que no presenten afección en sus propiedades físico-mecánicas; e incluso, en algunos casos, mejorar dichas características.

Análisis del alto flujo vehicular para una vía de acceso a Medellín usando simulación basada en agentes

2021-09-13T14:42:55+00:00

En Medellín, la vía que atraviesa el parque de Robledo ha jugado un papel importante como ruta de acceso a diferentes barrios del occidente y a municipios de la subregión occidental antioqueña. Diariamente, cientos de vehículos transitan por allí, por lo que esta se identifica como la única vía de acceso, situación por la que en ciertas horas del día se torna lenta. A pesar de que se buscan vías alternas, no se encuentran resultados satisfactorios, ya que la única posibilidad está igual o más congestionada que la primera. En este documento se propone realizar un análisis de la problemática de congestión vial presentada en la vía del parque de Robledo en el sentido oriente-occidente, mediante simulación basada en agentes. Para la realización del modelo de simulación, se caracterizan los individuos por medio de rasgos relevantes, y a su vez se desarrolla una evaluación del comportamiento por mejorar en capacidad vial por ampliación, y la validación respectiva de los resultados obtenidos por medio de esta alternativa. Como resultado se observa que la adecuación de la vía mediante su ampliación facilita y mejora las condiciones de movilidad, aumentando hasta en un 20 % la velocidad de desplazamiento y optimizándose la capacidad vehicular del trayecto hasta el doble en horas pico.

Análisis computacional de la nucleación homogénea y crecimiento de gotas aplicado a separadores de gas natural

2021-06-22T13:47:07+00:00

Una gota de condensado de gas natural se genera a ciertas condiciones termodinámicas a través de tres etapas: sobresaturación, donde el gas tiene más moléculas de las que debería tener en equilibrio, formando “embriones” de fase líquida; nucleación, donde los embriones forman grupos de diferentes formas y tamaños de orden de nanómetros; y el crecimiento de gota, donde el número de moléculas aumenta hasta alcanzar el equilibrio. En este artículo, se analizan la nucleación homogénea y el crecimiento de una gota de gas natural aplicado a separadores gravitacionales operando a condiciones de alta presión (7 MPa). Los resultados mostraron que, a alta presión, el tamaño de gota inicial alcanzado fue de 8,024 nanómetros y el diámetro final de la gota fue de 4,18 micrómetros.

Análisis comparativo de modelos de resistencia para vigas esbeltas de acero inoxidable austenítico sometidas a cargas concentradas

2021-10-27T15:27:37+00:00

El creciente uso de acero inoxidable en la construcción ha creado la necesidad de desarrollar modelos de resistencia para elementos estructurales fabricados con este material. A diferencia de los aceros de carbono, las aleaciones de acero inoxidable exhiben curvas esfuerzo-deformación con una pronunciada capacidad de endurecimiento por deformación y ductilidad razonable que deben ser consideradas en el diseño. Esta diferencia en el comportamiento hace que las formulaciones utilizadas para acero al carbono sean conservadoras al momento de diseñar con acero inoxidable. Por lo tanto, este trabajo presenta un análisis comparativo de modelos de resistencia para vigas esbeltas de acero inoxidable sometidas a cargas concentradas. En primer lugar, se presentan los mecanismos de falla de vigas de acero inoxidable utilizando un modelo no lineal por elementos finitos. A partir de este modelo numérico validado se presenta una base de datos obtenida a partir de un análisis paramétrico que cubre un amplio rango de geometrías. Posteriormente, esta base de datos se utiliza para realizar una comparación entre varios modelos de resistencia disponibles en la literatura. Estos modelos corresponden tanto a códigos de diseño internacionales como a modelos obtenidos a través de aprendizaje de máquina (machine learning). Finalmente, los resultados muestran una mejora considerable en la predicción de la resistencia última de las vigas esbeltas de acero inoxidable sometidas a cargas concentradas.

Un nuevo rectificador reconfigurable CMOS para recolectores de energía piezoeléctrica en dispositivos portables

2021-09-14T17:54:25+00:00

Los recolectores de energía para dispositivos portables tienen una aplicación potencial en la conversión de la energía del movimiento humano en energía eléctrica para alimentar dispositivos inteligentes de monitoreo de la salud, de la industria textil, así como de relojes y lentes inteligentes. Estos recolectores de energía requieren circuitos rectificadores óptimos que maximicen sus eficiencias de carga. En este estudio se presenta el diseño de un novedoso rectificador reconfigurable metal óxido semiconductor complementario (CMOS) para recolectores de energía piezoeléctrica portables que puede aumentar sus eficiencias de carga. El rectificador diseñado se basa en la tecnología de proceso CMOS estándar de 0,18 µm considerando un patrón geométrico con un área total de silicio de . El circuito rectificador propuesto tiene dos puertas de transmisión (TG) que están compuestas por cuatro transistores rectificadores con una carga de 45 kΩ, un voltaje mínimo de entrada de 500 mV y un voltaje máximo de 3,3 V. Los resultados de las simulaciones numéricas del funcionamiento del rectificador indican una eficiencia de conversión de voltaje del 99,4 % y una eficiencia de conversión de potencia de hasta el 63,3 %. El rectificador propuesto puede utilizarse para aumentar la eficiencia de carga de los recolectores de energía piezoeléctrica portables.

Ventilación mecánica simultánea: revisión histórica y análisis de costos

2021-09-13T14:29:48+00:00

En tiempos de crisis de salud pública donde los recursos disponibles en la red hospitalaria son escasos y estos deben ser aprovechados al máximo, surgen ideas innovadoras, que permiten multiplicar el uso de los recursos existentes, como pueden ser los ventiladores mecánicos artificiales. Estos se pueden utilizar en más de un paciente, mediante la conexión de un dispositivo para distribuir la mezcla de aire y oxígeno del ventilador que se utiliza simultáneamente (ventilación mecánica simultánea). Esta idea, aunque innovadora, ha generado polémica entre la comunidad médica, ya que muchos temen por la seguridad de sus pacientes, pues al acoplar dichos dispositivos al ventilador se pierde el control sobre las variables de ventilación mecánica de cada paciente y solo se puede mantener la vigilancia general sobre el ventilador. Estos recelos sobre el dispositivo han llevado a varios investigadores a asumir la tarea de verificar la fiabilidad de este conector divisor de flujo. Por ello que este artículo presenta una revisión exhaustiva de los estudios realizados sobre el tema y adicionalmente muestra un análisis de costos comparativos entre la adquisición de un ventilador mecánico y el sistema de división de flujo.

Diseño optimizado del perfil de pala de un aerogenerador doméstico de 700 W mediante algoritmo genético

2021-09-29T20:36:23+00:00

Los aerogeneradores domésticos son una fuente de energía limpia que no está siendo explotada por la población debido, en parte, a su elevado coste. El objetivo de este artículo es encontrar un perfil optimizado de pala para potenciar la producción de aerogeneradores domésticos. Cumpliendo con los ensayos a estática y dinámica, se pretende obtener un producto con menores costes asociados al material y producción de este.

Para dicha optimización se empleará el algoritmo genético ya que presentan algunas fortalezas como que encuentra el óptimo global o su posibilidad de manipular muchos parámetros al mismo tiempo.