Revista UIS Ingenierías

Diseño axiomático de un mecanismo pie-tobillo de una prótesis transtibial en el contexto colombiano

2020-06-16T09:37:33-05:00

La rehabilitación de personas con discapacidad motora, derivada de la amputación transtibial, es una tarea compleja que requiere del uso de diferentes ayudas técnicas, como prótesis, para una efectiva realización. Según el análisis de los antecedentes consultados, las diferentes soluciones presentan una limitada información sobre el procedimiento de diseño seguido para asegurar un adecuado comportamiento en un determinado entorno. En este sentido, considerando el contexto colombiano, este trabajo propone el diseño axiomático para la especificación de un mecanismo pie-tobillo de una prótesis transtibial, que permita emular la marcha natural. Por lo que, centrándose en el usuario, se realizó un refinamiento progresivo de los requisitos funcionales que permitió definir claramente la secuencia de especificación de acuerdo con los parámetros de diseño, favoreciendo el análisis y síntesis de la solución en diferentes aspectos relacionados con la estética y función.

Calibración cinemática de una ruteadora CNC usando un modelo cuasi-estático de error y fotogrametría monocular

2020-06-16T09:57:11-05:00

La precisión y exactitud, que son requerimientos habituales en los procesos de manufactura, están definidas por el contexto de fabricación, tanto desde las especificaciones del proceso como desde el propio sistema de manufactura. La calibración cinemática de sistemas electromecánicos contribuye a lograr los requerimientos de fabricación. Este trabajo presenta un método de calibración cinemática para una ruteadora CNC que opera en un contexto de tolerancias dimensionales lineales ISO 2768-c. El método de calibración está basado en la estimación de los parámetros de un modelo cinemático con una representación de variaciones dimensionales (lineales y angulares) de la estructura. La estimación de los parámetros es realizada a partir de errores de maquinado medidos mediante fotogrametría monocular de un patrón geométrico que registra un mecanizado intencional. La calibración se implementó en una máquina CNC mediante ajuste del código G, alcanzando así los requerimientos de fabricación exigidos por el contexto propuesto.

Análisis bidimensional de la estabilidad de vehículos pesados tipo carro-tanque

2020-04-29T12:47:40-05:00

En el presente trabajo se realiza el análisis de la estabilidad de vehículos pesados tipo carro-tanque. Para dicho propósito se utiliza el factor denominado umbral de vuelco estático (Static Rollover Threshold, por las siglas del inglés SRT), el cual permite evaluar la máxima fuerza inercial aplicada lateralmente que puede soportar el vehículo antes de iniciar el proceso de vuelco. Adicionalmente, este factor permite determinar la máxima velocidad que el vehículo puede desarrollar al recorrer una curva, dando de esta manera mayor seguridad para los usuarios de la vía. Teniendo en cuenta estos aspectos, se estudia la estabilidad de un carro-tanque de sección transversal circular, ya que para vehículos que transportan líquidos la estabilidad es más crítica, debido a que se debe tener en cuenta el movimiento del fluido transportado cuando es sometido a una aceleración lateral, lo cual puede disminuir el factor de estabilidad. Por consiguiente, para determinar el factor de estabilidad se realiza un análisis detallado del movimiento del fluido como función de la aceleración y el llenado del tanque y se utiliza el método de Davies para el análisis cuasi-estático de la estabilidad del vehículo.

Ensamble e instrumentación de un banco didáctico para pruebas de arranque en motores de combustión interna

2020-04-30T12:47:42-05:00

La medición instantánea de velocidad angular en volantes de inercia se ha usado, entre otras aplicaciones, en pruebas experimentales de motores de combustión interna para diagnosticar fallas, particularmente se ha implementado para evaluar las curvas de desempeño de motores de arranque y el estado inicial de las baterías. El presente artículo se enfoca en el desarrollo de un banco de pruebas didáctico basado en volante para realizar el diagnostico de desempeño de motores de arranque hasta de 3 kW, arrancadores eléctricos de motores de combustión interna de hasta 3 litros de cilindrada, propios de automóviles comerciales. Se describen las características principales del banco diseñado: elementos mecánicos, estructurales y accesorios; captadores de desplazamiento angular, corriente y voltaje de arranque, sistemas de lectura, tratamiento y presentación de información. Se emplea un sensor inductivo para la detección de la posición angular de un volante de inercia dotado de corona dentada; la señal análoga es convertida a digital y procesada digitalmente en un código escrito en Matlab®. Durante el ensayo del motor de arranque de prueba, se determina la variación de la potencia eléctrica entregada por éste y la variación de la velocidad angular del sistema de carga (volante) desde su inicio hasta la estabilización. La información experimental adquirida permite construir y analizar los perfiles de comportamiento de velocidad angular, intensidad de corriente, tensión y potencia eléctrica instantáneas. La contrastación, frente a las formas de características de los motores de arranque comerciales, del comportamiento de las señales de voltaje, corriente y potencia consumida del motor de arranque probado en el banco construido, permiten concluir sobre la idoneidad del banco y de la metodología concebida para realizar pruebas didácticas de caracterización y diagnóstico de motores de arranque en el Laboratorio de Máquinas de Combustión Interna de la Universidad Tecnológica de Pereira.

Evaluación de la mezcla de un coagulante químico-natural en el proceso de clarificación de una ciénaga

2020-05-04T12:48:11-05:00

En esta investigación se realizó la evaluación del poder coagulante del sulfato de aluminio y la mezcla de sulfato de aluminio-almidon de yuca (Manihot esculenta) con una proporción 2:8, en el proceso de clarificación del agua de la Ciénaga Grande (Atlántico-Colombia). Para el registro de las características iniciales se efectuó un muestreo simple del agua. Posteriormente, en la etapa de simulación del proceso de clarificación se implementó el test de jarras, donde se observó la reducción de la turbidez que se obtuvo al utilizar el coagulante químico y la mezcla. Para finalizar se concluyó que el sulfato de aluminio logró un porcentaje de remoción del 70% con una dosis de 20 mg/L, mientras que para la mezcla de sulfato de aluminio-Almidón de yuca la eliminación de la turbidez fue de 71,06% con una dosis de 60 mg/L, partiendo de un valor inicial de 69 UNT.

Cambio tecnológico en la industria naval utilizando el proceso de soldadura de punto por Fricción-Agitación

2020-05-26T12:50:07-05:00

El presente artículo pretende dar respuesta a una demanda tecnológica del astillero TECNAO SRL, ubicado en la zona de San Fernando en la provincia de Buenos Aires, Argentina, este se dedica a la fabricación de barcos de bajo porte, fabricados principalmente de aluminio. El problema detectado consiste en la dificultad que se presenta en el proceso de fabricación de las naves, en lo referente al posicionamiento de las planchas de aluminio a soldar, que se posicionan mediante un punteo previo. En la actualidad, dicha actividad se realiza mediante procesos de soldadura tradicionales MIG o TIG, lo que obliga a trasladar las torchas a lo largo de todo el barco y a la necesidad de contar con personal altamente calificado para realizar esta tarea, lo que impacta fuertemente en el costo y en la competitividad del sector, además de los problemas de distorsión de las planchas por efecto de las altas temperaturas asociadas a los procesos utilizados. El presente trabajo describe los estudios realizados tendientes al diseño de un equipo portátil de soldadura de punto por fricción- agitación (FSSW) de aplicación en la industria naval. Se evaluó la incorporación FSSW con una herramienta autónoma. La herramienta permitió el punteo de la estructura sin la necesidad del movimiento de torchas a lo largo de todo el barco, se presentó una complejidad adicional, soldar espesores mayores a 3mm, esto resulto relevante en la investigación.

Tunable ferrimagnetic-antiferromagnetic response by the inclusion of Fe in the gadolinium-based manganite GdMnO3

2020-06-25T17:16:47-05:00

En este trabajo es reportado el proceso de síntesis, la estructura cristalina y el comportamiento magnético del gadolinio manganita con sustituciones de Fe en las posiciones Mn del material GdMn_1-xFe_xO₃ (x = 0, 0.1, 0.2). Las muestras fueron sintetizadas por medio del método convencional de reacción en estado sólido. La caracterización estructural de los compuestos finales se analizó mediante refinamiento de Rietveld, el cual reveló su cristalización en una simetría ortorrómbica perteneciente al grupo espacial Pbnm (No. 62). Los resultados revelan que los parámetros de red a y c y el volumen de la celda aumentan, mientras que el parámetro de la red b y el volumen de la celda disminuyen con la sustitución de Fe. El efecto principal en la estructura está relacionado con las posiciones de oxígeno, es decir, con las distorsiones y rotaciones octaédricas. Las mediciones de susceptibilidad DC, en el régimen de temperatura entre 4 K y 300 K bajo la aplicación de un campo externo de 200 Oe, muestran una característica paramagnética a altas temperaturas para todos los valores estudiados de concentración x, con transiciones magnéticas asociadas a un estado magnético ordenado a bajas temperaturas (21,8 K <T <25,2 K). Entretanto, se observa la ocurrencia de una transición ferrimagnética para x = 0.1 cerca de T=30.7 K. Para explicar la aparición de ferrimagnetismo en esta configuración, se sugiere un modelo en el cual se propone la generación de un desequilibrio en la estructura magnética de GdMnO₃ (antiferromagnético tipo A) debido a la introducción de un ion Fe³⁺ en cada par de celdas unitarias consecutivas. El momento magnético efectivo obtenido concuerda con el valor reportado para el material con x = 0.0, confirmando el comportamiento ferrimagnético para esta concentración de Fe³⁺ en la estructura.

Modelo de operador fraccional para describir la dinámica de los supercondensadores

2020-05-12T12:48:53-05:00

Este artículo propone un nuevo circuito equivalente para modelar supercondensadores. El circuito propuesto es un arreglo de circuitos RC serie descritos por ecuaciones diferenciales fraccionarias conformables. Se implementa un algoritmo de identificación de parámetros del circuito equivalente, que utiliza como entrada datos experimentales. Los resultados de validación obtenidos muestran que un circuito equivalente que emplea el operador conformable puede ser utilizado para modelar el comportamiento real del supercondensador.

Desarrollo de un software académico para el cálculo de carga térmica para la asignatura de Aires acondicionados en la Universidad de Pamplona

2020-05-19T12:49:49-05:00

Este trabajo presenta el desarrollo de un programa en Matlab® para calcular la carga térmica de enfriamiento en un ambiente a partir del uso de tres métodos; el método de Diferencial de Temperatura de Carga de Refrigeración (CLTD), el método de Factores de Carga de Refrigeración (CLF) y el método de Carga de Refrigeración Solar (SCL), los cuales están aprobados por la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Acondicionamiento de Aire (ASHRAE, por sus siglas en inglés). La integración de estos métodos facilita la obtención de la carga térmica generada por cada uno de los elementos presentes en el ambiente, ya sean estructurales, de ocupación o de equipamiento, por lo tanto, se puede identificar rápida y claramente cuáles de ellos generan mayor carga térmica para tomar decisiones ingenieriles que favorezcan la reducción del consumo energético.

Motor de inducción de doble extractor: Cálculo variacional usando el formalismo Hamilton-Jacobi-Bellman

2020-05-22T12:50:01-05:00

Esta contribución presenta un control óptimo sobre un motor de inducción de doble extractor usando formalismo a través del modelo variacional. El criterio está sujeto a ecuaciones no-estacionarias de orden reducido (Ecuaciones Dinámicas de un Modelo de Orden Reducido (DSIM)). Como es bien sabido, en este modelo las variables de estado son el flujo del rotor y la velocidad del motor en un proceso mecánico de circuito. Para estados no-estacionario y estacionarios, basados en la teoría del control óptimo, este límite proporciona una función costosa dada como una contribución ponderada de una teoría DSIM. Para adquirir una ruta de flujo de rotor de energía más baja, la idea es minimizar la función a una dinámica de dos ecuaciones de la velocidad del motor y el flujo del rotor. Este problema se resuelve utilizando la ecuación de Hamilton-Jacobi-Bellman y se determina analíticamente una solución dependiente del tiempo para el flujo del rotor.

Optimización termodinámica de la transferencia de calor en flujos internos de gases con insertos tipo anillo cónico

2020-05-23T12:50:03-05:00

El uso de insertos estáticos permite el diseño de intercambiadores de calor de menor volumen, pero también pueden ser implementados en equipos existentes para mejorar su rendimiento. En este trabajo se desarrolla una metodología para la optimización termodinámica de insertos cónicos para el calentamiento de gases en tuberías a partir de un modelo algebraico adimensional. Se plantean y resuelven dos casos de optimización: el diseño de un intercambiador de calor en donde las únicas variables fijas son la temperatura de entrada y la transferencia de calor requerida. El segundo caso es la incorporación de los insertos a un intercambiador existente, en donde la temperatura de carga, flujo de masa y las características geométricas de la tubería son los parámetros fijos. Como resultados se presenta un análisis paramétrico en donde se estudia la influencia de distintos parámetros de diseño en la temperatura de descarga y la irreversibilidad termodinámica. Luego se presentan los resultados del proceso de optimización para distintas combinaciones de parámetros, y se discute las tendencias encontradas en las configuraciones óptimas. Los resultados son aplicados en un ejemplo para ilustrar el interés práctico de la metodología. Se encontró que para ambos casos de optimización las configuraciones óptimas corresponden a la mínima severidad de los insertos, mientras que los diseños óptimos corresponden siempre a la mínima relación de aspecto posible (L/D) para las tuberías, mientras que el número de tubos, contemplado en el número de Reynolds, se ajusta para satisfacer la temperatura de descarga.

Controlador no-lineal para sistemas de almacenamiento con voltaje de salida regulado y derivada de corriente segura para la batería

2020-05-27T12:50:08-05:00

Este artículo propone una estructura de control no-lineal para un sistema de almacenamiento híbrido con una arquitectura en serie, en la cual se regula la tensión de un bus DC (voltaje de salida) y asegura que la corriente de la batería cumpla con la restricción de velocidad de cambio en la corriente. La solución propuesta tiene dos etapas, en la primera se conecta una batería a un convertidor buck/boost que alimenta un capacitor auxiliar. En la segunda etapa, el capacitor auxiliar se conecta a un bus de DC a través de un segundo convertidor buck/boost. Ambos convertidores se regulan utilizando sistemas de control en cascada, donde los lazos internos son controladores por modos deslizantes de las corrientes de los inductores, y los lazos externos del primer y el segundo convertidor se diseñan para limitar la velocidad de cambio de la corriente en la batería y regular la tensión en el bus de DC, respectivamente. El artículo proporciona el procedimiento de diseño para los controladores y valida su desempeño con resultados de simulación considerando el sistema de potencia operando en modos de carga, descarga y almacenamiento.

Proceso para la identificación, clasificación y control del comportamiento de familias Ransomware

2020-06-25T17:18:24-05:00

Desde mayo del 2017, en donde se registraron diferentes ataques de Ransomware a escala mundial que afectaron a varias empresas de Europa a causa del WannaCry, ha habido un aumento progresivo entre los años 2018 y 2019 de ataques informáticos que cifran y secuestran los datos, para luego solicitar un rescate por parte de los ciberdelincuentes.

Este articulo contiene un análisis de los diferentes métodos para la detección y prevención de malware tipo Ransomware, que afectan principalmente al sistema operativo Windows. Para esto se inició con una caracterización de los diferentes tipos de ransonware, se obtuvieron diversos métodos para la detección y prevención de posibles infecciones y finalmente se crearon familias de controles de acuerdo con el comportamiento del malware, estos controles permiten la reducción de los riesgos de exposición, generando con ello, las recomendaciones pertinentes que pueden ser aplicadas en las organizaciones. En ese sentido, se entrega una introducción alrededor de los conceptos de malware y su ciclo de vida, así mismo, se establece un proceso de medición del impacto con base en la metodología internacional CVSS para la clasificación de las vulnerabilidades, se crea una metodología que permite la clasificación de malware de acuerdo a su nivel de daño, filtrando aquellas con impacto medio y alto, se caracterizaron los métodos de prevención y control, se generaron recomendaciones de controles con base en el impacto de los diferentes tipos de malware y finalmente se entregan las conclusiones.

Obtención de un pigmento de hematita mediante la transformación térmica del óxido superficial de varillas de acero corrugado

2020-05-30T12:50:22-05:00

En esta investigación, se reporta la valorización de la cascarilla de óxido superficial de varillas de acero al carbono mediante su transformación térmica en un pigmento compuesto principalmente por hematita (ɑ-Fe₂O₃). Se utilizó la Fluorescencia de Rayos X (XRF) y la Difracción de Rayos X (XRD) para determinar el contenido elemental del residuo procesado e identificar los óxidos de hierro involucrados en la calcinación, respectivamente. El residuo siderúrgico en polvo se compone mayoritariamente por Fe₂O₃ (87.92 %), SiO₂(6.13 %), CaO (1.88 %), Al₂O₃ (1.30 %) y MnO (0.77 %). El contenido total de hierro tiene principalmente el siguiente contenido en óxidos de hierro: magnetita, maghemita, wustita, lepidocrocita, hematita y goetita. El tratamiento térmico del residuo a temperaturas de 750-850 °C y tiempos de sostenimiento de 0.5-1.50 h, evidenció una alta conversión de los óxidos de hierro precursores en hematita, con porcentajes de esta fase que oscilan entre 86.4 y 94.6 %. La mayor obtención de hematita se logró a una condición de 850 °C y 1.00 h.

Potencial de irradiación solar para generar electricidad en el departamento del Putumayo de Colombia

2020-06-01T13:32:02-05:00

En Colombia el área de las zonas no interconectadas a la red eléctrica corresponde al 50%, en particular, en el departamento del Putumayo hay un bajo índice de cobertura. Por otro lado, el potencial en energía solar es considerado alto, sin embargo, en regiones como el Putumayo, debido a las diferencias geográficas de sus subregiones, se desconoce con exactitud su valor. En esta investigación se determinó el potencial efectivo para la generación eléctrica solar en el Putumayo considerando restricciones técnicas y geográficas a partir de la información de múltiples bases de datos. Se encontró que el potencial efectivo solar más alto se da en la región Amazónica, y el más bajo en la región Andina. Por otro lado, al evaluar el consumo de energía eléctrica de las regiones, se concluye que se puede satisfacer esta necesidad con sistemas fotovoltaicos al producir energía eléctrica de autogeneración y generación distribuida.

Estudio de las propiedades a tensión de un material biocompuesto reforzado con haces de fibras cortas de bambú

2020-06-02T12:50:24-05:00

En la presente investigación se determinaron las propiedades mecánicas a tracción del material biocompuesto de polipropileno (PP) isotáctico reforzado con haces de fibras cortas de bambú orientadas al azar. Se prepararon muestras del material con diferentes contenidos de refuerzo (20, 30 y 40%), empleando como agente de acople el polipropileno con injertos de moléculas de anhídrido maleico (MAPP). Un grupo de estas muestras fueron sometidas a un tratamiento de envejecimiento térmico acelerado para evaluar el efecto de dicho tratamiento sobre las propiedades a tensión del biocompuesto. Se realizaron ensayos de tracción a diferentes velocidades de deformación (10 y 50 mm/min) y se obtuvo un aumento de la resistencia a la tracción (de 29 a 45 MPa) y del módulo de elasticidad (de 1 a 3 GPa) del PP con el contenido de fibras. Para diferentes velocidades de estiramiento, se obtuvo una mejor resistencia a altas velocidades. El envejecimiento térmico durante 24 horas a 100 ºC aumentó la resistencia del PP puro. Para los biocompuestos, se obtuvo una baja resistencia en las muestras envejecidas en mayor tiempo (98 ºC, 10 días). A través de la microscopia electrónica de barrido se realizó una caracterización microestructural que permitió explicar el mejoramiento de la resistencia del PP reforzado con fibras, y en algunos casos, la pérdida de resistencia debido al tratamiento térmico.

Estudio de los fluidos aceite-agua a través del sensor basado en la permitividad eléctrica del patrón de fluido

2020-06-02T12:50:23-05:00

Un sensor basado en la permitividad eléctrica del fluido fue usado para análisis de las tomografías en los diferentes patrones que se presentan en flujo multifase aceite y agua (Liquido-Liquido). El estudio experimental fue realizado en un tubo de vidrio borosilicato de 25,4 [mm] de diámetro interno y 12 [m] de longitud. El sensor está formado por una malla de alambre con dos planos de 8 x 8 hilos, llamado sensor de malla de alambre (WMS). Los experimentos fueron efectuados con dos viscosidades diferentes de aceite, una con 200 [cP] y otra de 60 [cP] a 860 [kg / m³]de densidad con el tubo posicionado en la horizontal y levemente inclinado a + 5 grados, para variar la viscosidad del aceite fue usado un intercambiador de calor. El patrón de flujo multifase analizado fue anular, estratificado y disperso. Las tomografías obtenidas por la WMS fueron comparadas con una cámara de alta velocidad para la validación cualitativa de los resultados. Se usaron doce modelos de permitividad eléctrica para el estudio del régimen del fluido presente.

Métodos numéricos para el desarrollo de una turbina hidrocinética tipo Gorlov

2020-06-13T12:50:59-05:00

Actualmente, a nivel mundial las energías alternativas han tomado gran importancia en las diversas aplicaciones relacionadas con el desarrollo del sector energético, entre las cuales podemos mencionar la energía solar, eólica, hidráulica, geotérmica y mareomotriz. Una nueva tecnología que aprovecha la energía cinética de la corriente de agua en canales naturales y/o artificiales e inclusive de las corrientes marinas son las turbinas hidrocinéticas. En este trabajo, se presenta un estudio de los diferentes métodos numéricos que pueden ser de utilidad para diseñar, analizar y optimizar sistemas de generación energética a partir de turbinas hidrocinéticas.

Fabricación y análisis mecánico de compuestos de bambú Guadua angustifolia Kunth

2020-06-13T12:50:58-05:00

En esta investigación fueron fabricados compuestos de partículas de Guadua angustifolia Kunth con tamaños de 500 µm y 300 µm con matriz polimérica. El objetivo fue evaluar las propiedades físico-mecánicas de los compuestos y compararlas con los resultados obtenidos en compuestos comerciales. Las propiedades mecánicas fueron analizadas usando un diseño factorial general con un factor, dos niveles y tres variables de respuesta. La adhesión de las partículas de guadua demostró mayor resistencia a esfuerzos de tracción y módulo de elasticidad frente al obtenido en compuestos comerciales. Los compuestos de guadua presentaron mayor resistencia a la penetración debido al menor volumen de espacios vacíos entre partículas. En pruebas de absorción de agua, los compuestos de guadua tuvieron hasta un 69 % de absorción y 16 % de incremento de espesor en 24 h frente a 86 % y 22 % respectivamente en compuestos comerciales. Asimismo, en pruebas mecánicas el compuesto de guadua 500 µm fue un 23% de mayor resistencia en flexión frente al compuesto comercial. Además, los compuestos guadua 500 µm y 300 µm tuvieron mayor resistencia a la tracción hasta en 57% y 32% respectivamente en comparación al compuesto comercial. En pruebas de dureza los compuestos de guadua mostraron mayor resistencia a la penetración frente al compuesto comercial.

Transgrediendo RSE en la cadena de valor: ¿Cómo incurren las compañías extractivas en prácticas de “greenwashing” sobre sus procesos?

2020-06-14T12:51:14-05:00

El presente trabajo aborda la pregunta de cómo las empresas de la industria de los recursos naturales implementan prácticas de ‘lavado verde’ (greenwashing) en sus procesos. Para hacerlo, se adopta un enfoque multi-caso en el contexto colombiano. A través del análisis de datos, se proporciona una ejemplificación de cada transgresión del greenwashing de la cadena de valor a nivel de la empresa. Además de destacar una problemática de la vida real con varias implicaciones en un contexto sensible, las contribuciones de este trabajo son básicamente dos. Primero, contribuye a reforzar la noción del greenwashing y las cinco transgresiones a la responsabilidad social empresarial al aclarar una forma concreta de identificación de ciertas prácticas engañosas relacionadas con la cadena de valor organizacional bajo condiciones particulares. En segundo lugar, promueve la transferibilidad de los conceptos utilizados para dilucidar la realidad del fenómeno del greenwashing en la cadena de valor.