Revista UIS Ingenierías

Generación de modelos numéricos de resortes de extensión basados en imágenes

Marco Ciaccia-Sortino — 2025-03-21

Los resortes fabricados artesanalmente en Ecuador presentan desviaciones geométricas respecto a los supuestos de diseño, afectando su desempeño y confiabilidad. Como alternativa a la realización de ensayos con máquinas especializadas para determinar su comportamiento mecánico, se sugiere emplear un procedimiento basado en visión por computadora y modelamiento numérico del resorte. En este trabajo se presenta un avance en este sentido mediante una metodología para construir un modelo numérico de la geometría real del resorte empleando fotografías y algoritmos de procesamiento de imágenes. Se crea un ambiente fotográfico que facilita la toma de imágenes en direcciones ortogonales, y se procesan las imágenes usando la librería OpenCV en Python para determinar puntos que describen la trayectoria del alambre del resorte. Estos puntos se convierten en una malla de elementos finitos para simular el comportamiento mecánico del resorte. Para validar la metodología, se realiza una comprobación de la conformidad geométrica del modelo con el resorte, y se comparan las curvas fuerza‑desplazamiento real y simulada. Los resultados muestran que se logra una buena conformidad geométrica, y una excelente correspondencia entre la constante de rigidez obtenida experimentalmente y la simulada.

Desarrollo de un procedimiento para réplicas metalográficas en campo de rodetes hidráulicos de acero inoxidable CA6NM

John Edison Morales-Galeano — 2025-03-05

Los rodetes hidráulicos tipo Pelton y Francis, además de otros componentes de turbinas de generación hidroeléctrica,

se fabrican usualmente en aceros inoxidables martensíticos blandos, particularmente en el grado CA6NM de la norma

ASTM A743, también conocido como 13-4. Estos componentes hidromecánicos se pueden deteriorar en servicio por

la aparición de grietas o fracturas, o por desgastes asociados a la cavitación o la erosión. Los defectos se suelen reparar

con procesos de soldeo convencionales usando electrodos de composición química, microestructura y propiedades mecánicas similares a las del CA6NM. Las reparaciones con soldadura producen no solo esfuerzos residuales, sino también microestructuras de solidificación y zonas afectadas térmicamente (HAZ) duras con microestructuras martensíticas que hacen que los componentes sean susceptibles al agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) o a la fractura frágil en servicio. Por tal motivo, se deben hacer tratamientos térmicos posteriores al soldeo (PWHT) que reduzcan el nivel de los esfuerzos residuales y transformen la martensita fresca de la HAZ en una martensita revenida más blanda y tenaz. El PWHT de rodetes hidráulicos Pelton o Francis es costoso debido a las grandes dimensiones y pesos de estos componentes y a la logística de desmontaje, transporte y, por supuesto, lucro cesante. Cuando las reparaciones con soldadura son menores, los costos del PWHT se hacen inviables. En esos casos, existe la alternativa de hacer PWHTs localizados (no globales) en sitio con equipos apropiados. Sin embargo, siempre surge la duda de cómo verificar la efectividad de un PWHT localizado. Para poder garantizar que estos PWHTs logran, por lo menos, modificar la microestructura del metal fundido y de la HAZ, se pueden hacer mediciones de dureza en sitio y hacer metalografías en campo mediante la técnica no destructiva de réplicas metalográficas. En este trabajo se describe la metodología seguida para validar un procedimiento de obtención y evaluación de réplicas metalográficas en aceros de CA6NM y soldaduras superficiales aplicadas con electrodo EC410NiMo en condiciones As-welded, con temple y con temple y revenido. Se compararon las microestructuras obtenidas con métodos convencionales de metalografía en laboratorio para acero AISI 4140 y soldaduras de EC410NiMo con las réplicas para establecer la efectividad de la técnica para aplicaciones de componentes de turbinas de generación hidroeléctrica. El procedimiento planteado por el estudio permite obtener micrografías por réplica en acero CA6NM o en soldaduras similares con EC410NiMo de calidad suficiente para identificar los constituyentes principales.

Estudio experimental de un disipador de energía para avalanchas con flujos de detritos

Nelson Javier Cely-Calixto — 2025-03-05

La investigación tiene por objetivo evaluar un dispositivo rígido disipador de energía bajo condiciones de flujos de detritos e hiperconcentrados. El desarrollo experimental se efectúa empleando un modelo a escala mediante condiciones de similitud geométrica, cinemática y dinámica en un canal de 2.3 m longitud, 0.7 m base y 0.07 m de altura, variando la pendiente entre 2% y 8%, evaluadas sin dispositivo y con dispositivo disipador, en este se evalúa la separación de barras de rejillas de 14 mm y 8 mm, disponiendo dos estructuras separadas a 0.4 m una de la otra a lo largo del área de estudio, con un caudal de entrada de 0.015 m³/s y un diámetro medio de partículas de 5.1 mm. El desarrollo experimental demuestra una reducción entre el 50% y el 70% del volumen de flujo de escombros en condiciones extremas de pendiente del canal (8%); así mismo, se observa hasta un 93% de disminución de la afectación para pendientes del 2% y hasta un 88% para pendientes del 8% luego de la disposición del disipador rígido de energía. Se observa que en zonas tropicales el flujo de avalancha que presenta mayor incidencia es el de detritos, por lo cual, es determinante para seleccionar la alternativa y dimensiones del tipo de disipador de energía; así mismo, se observa un impacto positivo representativo en la disminución de la afectación luego de la disposición del disipador, lo que denota que esto es una alternativa viable para disipar la energía de flujos de avalancha por detritos e hiperconcentrados en zonas tropicales, aledañas a áreas montañosas con pendientes superiores al 2.5%.

Costo de capital y rentabilidad de los activos de las micro, pequeñas y medianas empresas comerciales (MIPYMES) en Bogotá

Felipe Alejandro Torres-Castro — 2025-03-05

Este estudio tiene como objetivo analizar el costo de capital y la rentabilidad de los activos de las Mipymes del sector comercial de Bogotá entre 2011y 2021. El propósito es establecer una base para la toma de decisiones financieras, tanto de forma retrospective evaluando si la rentabilidad en el período de estudio fue adecuada como prospectiva, al evaluar la viabilidad financiera de proyectos de inversión futuros. La investigación se fundamenta en conceptos teóricos relacionados con el costo de capital y el rendimiento de los activos, utilizando el Costo Promedio Ponderado de Capital (WACC) para determinar los costos de capital y el Modelo de Valoración de Activos de Capital (CAPM) para los costos de capital accionario. La rentabilidad de los activos se mide a través de la utilidad operativa antes de impuestos y los activos operativos. Este estudio cuantitativo examina una muestra de 362 MIPYMES comerciales en Bogotá, excluyendo microempresas, y los resultados indican un costo de capital promedio anual del 11.6% y un rendimiento de los activos del 7.8%. Cabe destacar que únicamente en el año 2021 la rentabilidad de los activos superó el costo de capital.

Una breve solución al problema de los tres cuerpos: Versiones Newtoniana y Hamiltoniana

Cristian Aguirre -Tellez — 2025-03-05

En esta contribución, estudiamos las oscilaciones del potencial eléctrico en una película delgada superconductora mesoscópica cuando se aplica una corriente externa. En esta contribución, estudiamos las oscilaciones del potencial eléctrico en una película delgada superconductora mesoscópica cuando se aplica una corriente externa. Analizamos la resistividad y el potencial eléctrico en función de la corriente aplicada para varios campos magnéticos externos aplicados y el tamaño de la muestra. Además, hemos calculado el potencial eléctrico en función del tiempo característico. Para estudiar este problema, resolvemos las conocidas ecuaciones generalizadas de Ginzburg-Landau dependientes del tiempo utilizando el método de variable de enlace. Encontramos que la corriente crítica disminuye cuando aumenta el campo magnético externo y disminuye el tamaño de la muestra. Además, la frecuencia de oscilación de los vórtices cinemáticos, evidenciada en las oscilaciones del potencial eléctrico, es altamente dependiente del campo magnético aplicado.

Evaluación de la influencia del vaciado rápido en algunos sistemas de presas de tierra y zonas de embalse colombianos mediante modelización numérica

Valentyna Campos-Martínez — 2025-03-11

El vaciado rápido se presenta cuando el nivel del embalse desciende a una velocidad tal que el material que constituye los taludes aledaños al vaso o al cuerpo de la presa no es capaz de disipar la presión de poros adecuadamente. Luego, el estudio numérico de la influencia de este fenómeno se hace relevante con el fin de parametrizar el efecto de variables, brindando así, recomendaciones para una posible eventualidad o para el diseño de futuros proyectos. Dado lo anterior, mediante el software GeoStudio 2012 se realizó la evaluación de este fenómeno con modelización numérica por análisis simples y acoplados de dos presas y tres zonas de embalse existentes en Colombia, donde fueron sometidos a cinco tasas de vaciado y cuatro casos de alturas de desembalse. Se obtuvieron curvas paramétricas que representan el comportamiento del factor de seguridad, donde se sustenta que a 2/3 de la altura del agua desde el nivel normal se presenta la condición más significativa, además de que la situación más crítica corresponde al día o al inmediatamente siguiente en que termina el descenso del agua. En cuanto al análisis simple se observó muy afectado bajo la alteración de las condiciones y características del suelo de la presa, mientras que en el análisis acoplado se evidenció la importancia de la altura de vaciado por encima de la velocidad de desembalse donde fue posible la obtención de intervalos de porcentajes de reducción que puede sufrir el factor de seguridad en función de la altura a desembalsar.

Calibración del índice de torrencialidad para la estimación de caudales extremos en la zona noroccidental de la región Andina de Colombia

Angie Daniela Caicedo-Calderón — 2025-03-12

La estimación de los caudales extremos en una cuenca es esencial para la gestión del riesgo y desastres, el diseño de estructuras hidráulicas y la planificación del uso del suelo. El método racional modificado de Témez, utilizado para estimar caudales máximos, considera un índice de torrencialidad que varía según la zona geográfica. En España, se cuenta con un mapa de isolíneas con valores del índice entre 8 y 12, mientras que en la región Andina colombiana se ha empleado un valor general de 11 en varios estudios de consultoría. El objetivo de este estudio es calibrar el índice de torrencialidad en cuencas hidrográficas de la zona noroccidental de la región Andina colombiana, que abarca los departamentos: Antioquia, Quindío, Caldas, Risaralda, Tolima y Huila. La metodología consistió en recopilar y analizar datos hidrometeorológicos históricos con registros superiores a 15 años de estaciones limnigráficas, limnimétricas y de precipitación del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM). Se aplicaron funciones de distribución de probabilidad (FDP) Normal, Log normal, Gumbel y Log Pearson. La selección de la FDP se realizó mediante la prueba de Kolmogórov-Smirnov, con lo cual se estimaron las precipitaciones para los periodos de retorno de 10, 50, 100 y 200 años, y se obtuvieron los valores de intensidad media diaria (Id). También, se elaboraron curvas intensidad-duración-frecuencia y se estimaron los valores de intensidad horaria (I1) para los distintos periodos de retorno. Posteriormente, se aplicó la ecuación del índice de torrencialidad (I1/Id), obteniendo valores entre 9.7 y 15.5. El mapa de isolíneas del índice de torrencialidad en la zona estudiada, se generó mediante un análisis geoestadístico y una interpolación espacial utilizando Kriging Ordinario. Este mapa permite determinar el índice de torrencialidad específico para cada cuenca, aplicable en el método racional modificado. La validación de los caudales observados y los simulados muestra una eficiencia de Nash-Sutcliffe entre 0.77 y 0.95, indicando alta aceptabilidad de los errores de las funciones objetivo.

Metodología para la generación de modelos sólidos tridimensionales a partir de tomografías computarizada mediante software académico y de código abierto

Camila Carrasco-Lara — 2025-03-17

La integración de técnicas de procesamiento de imágenes para la generación de biomodelos tridimensionales ha impulsado avances significativos en la ingeniería biomédica. Estos modelos tienen aplicaciones clave en simulaciones numéricas, como las basadas en el método de elementos finitos que permiten la evaluación detallada de entornos mecánicos y biológicos, así como la predicción del comportamiento estructural de los tejidos. En este artículo se presenta un enfoque metodológico para transformar imágenes médicas en modelos sólidos tridimensionales utilizando software de acceso abierto o académico, mejorando su aplicabilidad en contextos educativos y de investigación. El procedimiento se estructura en tres etapas principales: generación del modelo volumétrico a partir de archivos DICOM, edición del modelo y conversión en un sólido, y análisis numérico básico. Se evaluaron cinco enfoques diferentes con base en criterios como número de pasos requeridos, complejidad del proceso, tiempo de procesamiento, demanda de recursos computacionales, dependencia de herramientas adicionales, limitaciones del programa y facilidad de preprocesamiento para simulaciones posteriores. A partir de la comparación, se identificó que la combinación de 3D Slicer para la generación de biomodelos y Fusion 360 para edición, conversión de sólidos y preprocesamiento numérico es la alternativa más eficiente y accesible. La relevancia de esta metodología radica en su capacidad de servir como paso previo esencial para estudios numéricos computacionales enfocados en áreas como la mecánica de tejidos, la biomecánica y la ortopedia. Al permitir la generación de modelos precisos y adaptables, esta herramienta facilita la evaluación del comportamiento estructural y mecánico de los tejidos con base en el FEM. En consecuencia, la propuesta potencia la investigación y el desarrollo de soluciones personalizadas en aplicaciones clínicas y académicas. Este enfoque minimiza la dependencia de herramientas complementarias.

Evaluación de la degradación de cianotoxinas mediante ultrasonido de baja frecuencia

Jinna Marcela Loaiza-González — 2025-03-19

Las cianotoxinas, como las microcistinas (MC) y las nodularinas (NOD), son muy resistentes y estables a la degradación química y física convencional, además de representar un mayor riesgo para la salud humana. En el presente trabajo se utilizó el ultrasonido de baja frecuencia como proceso de oxidación avanzada para degradar cianotoxinas presentes en un embalse colombiano, evaluándose la eficiencia del proceso de sonicación, al utilizar diferentes potencias (10, 30 y 50 W) y tiempos de exposición (5, 10, 20 y 30 min) bajo una frecuencia de 40 kHz. Se encontró que el uso de ultrasonido no fue efectivo para concentraciones de hasta 2595,42 μg/L de MC-LR, ya que no se obtuvieron tasas de degradación significativas después de 30 minutos de tratamiento. Además, se evidenció una diferencia notable en las concentraciones de cianotoxinas en el agua entre las campañas de muestreo. En este sentido, la evaluación de riesgos, la implementación de programas de monitoreo y los esfuerzos de mitigación en los embalses merecen mayor atención.

Calibración cinemática de robots seriales usando herramientas de bajo costo

Luz Adriana Mejía-Calderón — 2025-03-19

Este artículo presenta la calibración cinemática de un robot de cadena abierta utilizando herramientas de bajo costo. Estas herramientas incluyen la cámara de vídeo de un smartphone y un programa de análisis de vídeo en línea de libre acceso. La metodología consiste en desarrollar los modelos cinemáticos directos y de identificación del robot, ejecutar trayectorias de movimiento y grabarlas en dos planos perpendiculares. Los vídeos extraen las variables cinemáticas de posición necesarias para el modelo de identificación. En esta sección se explica el proceso de calibración, incluida la alineación de los ejes, los puntos de referencia y las mediciones de longitud. También se detalla cómo obtener las variables de posición de forma manual o automática mediante el programa de análisis de vídeo. A continuación, se identifican las dimensiones de los eslabones del robot y se validan aplicando las dimensiones calibradas a una trayectoria distinta de la utilizada durante la calibración. Cuando se aplicó a un robot ABB IRB120 simulado, esta metodología identificó con éxito las dimensiones de los eslabones con un margen de error bajo. Sin embargo, la precisión alcanzada superó las especificaciones proporcionadas en el catálogo del robot. El uso del programa de análisis de vídeo permitió la determinación automatizada de las posiciones del efector final del robot, reduciendo significativamente la intervención humana en el proceso de calibración. La metodología propuesta es sencilla, rentable y prometedora para sistemas que no requieren una gran precisión.