Revista UIS Ingenierías

Estrategias pedagógicas para mejorar la enseñanza del diseño de máquinas en un programa de tecnología mecánica

Carlos Romero-Piedrahita, Libardo Vanegas-Useche, Miguel Díaz-Rodríguez — vie, 22 mar 2019 11:24:51 -0500

El objetivo de este trabajo es presentar un método reformado de la práctica docente del curso de Diseño de Máquinas ofrecido en el Programa de Tecnología Mecánica de la Universidad Tecnológica de Pereira. El curso combina los conceptos de selección racional de materiales y la teoría de resistencia de materiales con los procedimientos seguidos para definir las geometrías y dimensiones de los elementos clásicos presentados en maquinaria y sistemas mecánicos. Se utilizan el aprendizaje activo, actividades prácticas, sesiones de laboratorio, ejemplos prácticos, proyectos y recursos tecnológicos y virtuales como medios para lograr de manera efectiva los resultados del aprendizaje. Un objetivo importante es integrar los cálculos de resistencia y rigidez con el proceso de diseño de ingeniería, que incluye el diseño conceptual, creatividad, trabajo en equipo, optimización, diseño detallado y documentación. El uso de herramientas tecnológicas, proyectos menores y principales, junto con actividades prácticas en el laboratorio, se supone que mejora el proceso de enseñanza y ayuda a los estudiantes a adquirir las competencias deseadas.

Obtención de MMC superficial en AA5052-H32 empleando el proceso FSP

vie, 22 mar 2019 12:23:41 -0500

En este trabajo se empleó el proceso Friction Stir Processing (FSP) para obtener un material compuesto de matriz metálica (MMC por sus siglas en inglés) en la superficie de una lámina de Aluminio AA5052-H32, empleando partículas de alúmina fase gamma como material de refuerzo. El proceso FSP es una tecnología nacida del proceso FSW con la finalidad de modificar las propiedades superficiales de un material. A diferencia de los MMC fabricados por métodos convencionales y volumétricos, el FSP permite obtener materiales que, al ser modificados solo superficialmente mejoran las propiedades tribológicas de la pieza en regiones de interés. Estos materiales o piezas pueden ser sometidos a procesamiento posterior, es decir que el procesamiento superficial permite que características como la soldabilidad del material base se mantenga, a diferencia de algunos MMC obtenidos por fundición.

Para la fabricación de los MMC superficiales se emplearon dos herramientas, una para introducir las partículas en la superficie del material y otra herramienta para distribuirlas en la región procesada. Se fijaron los parámetros de velocidad de giro, velocidad de avance y número de pasadas de inserción: 1000rpm, 100mm/min y 2 pasadas respectivamente. Se fabricaron tres grupos de muestras: sin partículas, con micropartículas de tamaño 5µm y con nanopartículas de tamaño 50nm, variando el número de pasadas de distribución para cada grupo. El valor teórico de la dureza del aluminio 5052-H32 es de 68 HV. Los resultados mostraron que el material procesado sin partículas presentó una disminución de dureza aproximada del 13% en los casos evaluados; mientras que el procesado con partículas de alúmina, tanto micro como nano, generó un incremento en la dureza superficial del material del 6 y el 24% respectivamente, con dos pasadas de distribución. Al incrementar a cuatro las pasadas de distribución, la dureza se redujo alcanzando valores cercanos al material base. Los resultados obtenidos indican que es posible modificar favorablemente las propiedades superficiales de un material empleando FSP.

Obtención de muestras de óxidos a bajo costo

Miryam Rincón-Joya, Jose Jose Barba-Ortega, Elaine París — vie, 05 abr 2019 18:10:42 -0500

En este trabajo se presenta un estudio comparativo de tres métodos en la obtención de muestras a bajo costo. Las muestras obtenidas son nanopaticulas de óxido de Hierro, óxido de Cobre y nanotubos de Titanio. Las dos primeras fueron obtenidas por el método Sol-Gel, precursores poliméricos y la tercera muestra por el método de anodización química. Las muestras fueron caracterizadas por métodos ópticos como Raman, Rayos X y microscopía electrónica de barrido. Los métodos usados para la obtención de las muestras son métodos químicos de los cuales se pueden obtener excelentes muestras a un costo bajo y con el uso de laboratórios simples, sobre todo en Colombia donde las inversiones en laboratorios de investigación es baja hasta el momento.

Rendimiento energético de un horno equipado con quemadores regenerativos bajo el régimen de combustión sin llama

mar, 26 mar 2019 10:51:21 -0500

actualidad. El aumento de la eficiencia es una de las principales alternativas para reducir tanto el consumo de combustibles, como la cantidad de contaminantes. En este sentido el régimen de combustión sin llama con quemadores regenerativos se presenta como una tecnología que permite de forma simultánea alcanzar estas características. En el presente estudio se llevó a cabo la evaluación energética de forma experimental de un horno operando a 25 kW en el régimen de combustión sin llama, usando gas natural como combustible. De forma adicional se realizó una simulación CFD para evaluar la capacidad de predicción de los modelos seleccionados. Los resultados obtenidos del balance de energía muestran que la eficiencia térmica del horno bajo el mencionado régimen supera en un 10% adicional, la alcanzada en combustión convencional, además de obtener niveles de emisiones sumamente bajos. Los modelos seleccionados reproducen las tendencias generales del régimen sin embargo subestiman las tasas de reacción dentro del proceso de combustión del CH₄.

Sistematización de los cálculos de pre-diseño de los motores de combustión interna

Edison Heano, Carlos Alberto Romero-Piedrahita, Héctor Quintero — mar, 26 mar 2019 14:38:29 -0500

Los motores de combustión interna son máquinas complejas en las cuales concurren diversos procesos y variables y que, ante todo, constituyen objeto de diseño. En el campo industrial, el diseño de un nuevo motor empieza por la concepción de una solución bien establecida con consideración de la experiencia de los diseñadores. Para realizar el diseño estructural de un motor, se requiere determinar las fuerzas y momentos en sus componentes, derivados de los procesos a lo largo de los ciclos de trabajo, con observación de las variaciones de las presiones y las temperaturas en el cilindro y de las fuerzas y momentos de inercia en los componentes de los mecanismos y la estructura. Es el propósito de esta investigación el desarrollo de una serie de procedimientos para obtener las dimensiones iniciales de un motor, aplicando las teorías de diseño adecuadas para el dimensionamiento geométrico y la caracterización termodinámica y dinámica de un motor de combustión genérico, de manera que, a partir de la información mínima de partida (potencia, par, revoluciones y condiciones de explotación) se puedan obtener las dimensiones marco de las partes del conjunto móvil y del bloque y la culata, teniendo en cuenta una base de materiales de construcción. Para la sistematización del prediseño de los motores se ha desarrollado una hoja de cálculo en la que se pueden seleccionar o especificar las características deseadas del motor y composición del combustible, se realiza la termoquímica de la combustión, se determinan las emisiones, se calculan los procesos del ciclo termodinámico real con consideración de la ley de liberación de calor, se obtiene la evolución de las presiones y temperaturas a lo largo del ciclo del motor, se calculan las fuerzas debidas a las presiones de los gases y a la masa de las partes del conjunto móvil en cada uno de ellos, se calcula el par en el cigüeñal, se obtiene la característica externa de velocidad y se realizan los cálculos previos de las partes principales del motor.

Planificación de posicionamiento satelital multiconstelación en entornos urbanos

Michael S. Puentes, Diego Rueda, Raul Ramos, Carlos J Barrios — vie, 29 mar 2019 16:28:16 -0500

Un posicionamiento mediante un servicio GNSS (Sistema global de navegación por satélite) solo es posible con la recepción simultánea de la señal de al menos cuatro satélites. La probabilidad de pérdida de visibilidad de los satélites GNSS en entornos urbanos, es especialmente crítica por los elementos arquitecturales propios de una ciudad, pudiendo imposibilitar la localización de un receptor. Esto será crucial para ciertas aplicaciones, por ejemplo, un vehículo transportador de valores que requiera un monitoreo continuo de su posición. Este trabajo describe un método de planificación de rutas urbanas en función de las necesidades de posicionamiento, integrando el cálculo de la posición de los satélites a través de la mecánica orbital, con imágenes de Google Street View y segmentación semántica con técnicas de Deep Learning. De esta manera, predecir la relación de visibilidad entre un observador y los satélites de un servicio GNSS.

Cargos de respaldo por uso de la red eléctrica en el costo unitario de energía distribuida: desafíos y oportunidades para la planificación

Ulises Daniel Lubo — jue, 11 abr 2019 11:38:32 -0500

Con el avance tecnológico en las técnicas de generación de electricidad y la necesidad imperante del desarrollo sostenible de los países, el uso masivo de energías alternativas a las tradicionales ha tomado vigencia en los últimos 15 años, con metas claras hacia 2020 para desarrollo sostenible. A nivel regulatorio, Colombia no puede quedar atrás en la reglamentación y ya se han dado avances en el tema con la ley 1715 de 2014 y varios decretos de incentivos en la promoción de energías renovables. El objetivo como aporte a este avance, evidenciará estado del arte frente a la forma como se maneja por regulación tarifaria el balance neto y autoconsumo residencial de energía por DER en varios países de Europa y se entrará en detalle acerca de las ventajas que ofrece usar una metodología seleccionada para considerar cargos justos de respaldo por uso de la red eléctrica por parte de generadores distribuidos a partir de energía solar fotovoltaica. Esto se brinda desde un enfoque de planificación de la red, en el que se selecciona una metodología de largo plazo que integra de manera eficiente la generación distribuida al sistema interconectado y permite períodos de transición en su implementación para evitar el trastorno de los operadores de redes (ORs). Así mismo, este análisis se soporta en la operación simulada de un sistema con DER y los cambios en flujos de cargas por descongestión e inyección de excedentes que tiene el sistema eléctrico en el escenario de uso masivo de estos recursos.