Ingeniería Mecánica

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Caracterización de estructuras celulares Gyroid fabricadas por filamento fundido
(Universidad EIA, 2024) Congote Saldarriaga, Diego Alejandro; Rodríguez Fernández, Johnnatan
RESUMEN: Este trabajo aborda la caracterización de estructuras celulares tipo Gyroid fabricadas mediante la técnica de Filamento Fundido (FFF) con polímero PLA. A través de un diseño experimental basado en variación de parámetros geométricos y de impresión, se evaluaron las propiedades mecánicas de las estructuras celulares mediante ensayos de compresión y simulaciones por Elementos Finitos (FEA). Los resultados obtenidos permiten establecer la relación entre el diseño estructural y el comportamiento mecánico de las estructuras celulares, proporcionando una base en el diseño de materiales avanzados que puedan servir para aplicaciones en ingeniería que requieren estructuras livianas y con propiedades mecánicas optimizadas.
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Variaciones en las propiedades electromagnéticas de aceros perlíticos con diferentes microestructuras mediante el uso de corrientes de eddy
(Universidad EIA, 2024) Bedoya Ballesteros, Andretty; Wilches Peña, Luis Vicente; Jaramillo Carvalho, Jaime Alberto
RESUMEN: Este trabajo explora las variaciones en las propiedades electromagnéticas de aceros perlíticos tratados térmicamente mediante el uso de corrientes de Eddy como técnica de evaluación no destructiva (ENDCE). Probetas de AISI /SAE 1070 en estado de entrega, normalizadas y templadas, fueron sometidas a mediciones electromagnéticas, caracterización vía microscopia óptica y pruebas de micro dureza Vickers. Los resultados muestran que los tratamientos térmicos generaron cambios significativos en la microestructura y la respuesta mecánica del material, lo cual afecto la permeabilidad magnética y la resistividad eléctrica. No se registraron cambios significativos entre los resultados del material en estado de entrega y el normalizado, debido a la uniformidad de su microestructura en términos de morfología y tamaño de grano. Pese a que ENDCE mostro su potencial uso para la detectar variaciones microestructurales, se requiere una mayor y más cuidadosa labor experimental dirigida al establecimiento de parámetros de trabajo útiles para estudios más ambiciosos.
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Caso de estudio para el uso de juntas heterogéneas aluminio cobre a nivel industrial explorando su viabilidad técnica
(Universidad EIA, 2024) Castañeda Mesa, Pablo; Hoyos Pulgarín, Elizabeth
RESUMEN: El presente trabajo de grado realizó soldaduras heterogéneas de aluminio y cobre mediante el proceso Friction Stir Welding para explorar la viabilidad técnica (cumplir exigencias mecánicas y poseer una forma de fabricación) de estas soldaduras en aplicaciones industriales donde típicamente se ha utilizado aluminio con soldaduras tradicionales o mediante FSW, esto dado el creciente interés sobre el uso de soldaduras heterogéneas; se han realizado estudios sobre las diferentes propiedades que ofrecen este tipo de uniones entre materiales de modo que es importante conocer dónde podrán llegar a ser aplicadas a partir de una vista objetiva. Se presentó este estudio para conocer si estas soldaduras heterogéneas cuentan con un potencial para ser utilizadas en aplicaciones industriales de aluminio desde una perspectiva de la resistencia mecánica al proponer un criterio de aceptación basado en diferentes normativas de soldadura para aplicaciones de aluminio. Fueron realizadas una serie de juntas con parámetros previamente seleccionados en base a resultados bibliográficos y estas fueron sometidas a END y ensayos destructivos para evaluar su potencial sobre un uso industrial respecto a estándares internacionales, se llegaron a resultados prometedores al tener dos conjuntos de parámetros que produjeron soldaduras relativamente buenas respecto a las demás, al cumplir con los criterios de aceptación propuestos. Las soldaduras heterogéneas de aluminio y cobre tienen un potencial para el uso, desde una perspectiva de la resistencia mecánica, según los estándares internacionales AWS D1.2 y D17.3 tras alcanzar una resistencia máxima de 168.3 MPa y 178.3 correspondiendo a una eficiencia del 75% y 79%, pero se deben seguir investigando para obtener parámetros de manufactura que entreguen resultados más homogéneos (relacionado con los parámetros de operación) y para conocer implicaciones sobre otras propiedades mecánicas de interés según la aplicación. Esto produjo un avance sobre el estudio del uso de nuevas alternativas de materiales para la industria
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Evaluación del impacto del ángulo entre la placa del rotor y las aletas en el rendimiento de los ventiladores centrífugos
(Universidad EIA, 2024) López Carazo, David; Córdoba Morales, Jorge Hernán
RESUMEN: El trabajo de grado presenta la experimentación centrada en la modificación del ángulo entre la placa del rotor y las aletas de un ventilador centrífugo. El objetivo primordial es determinar con precisión y profundidad los resultados e influencias que puedan surgir a partir de estas modificaciones. Para alcanzar este propósito, se emplearán herramientas analíticas como cálculos de triángulos de velocidad, la ecuación de Euler y simulación computacional, permitiendo un enfoque integral y riguroso en la evaluación de los cambios propuestos. El ventilador centrífugo, desde su invención, ha desempeñado un papel crucial en la industria gracias a sus notables capacidades en rendimiento, eficiencia y robustez. Este trabajo de grado se suma al vasto estudio existente sobre este dispositivo, mencionando cómo algunas teorías han llevado el estado del arte a niveles superiores, evidenciando resultados satisfactorios. Sin embargo, la propuesta no busca directamente elevar este nivel, sino exponer de manera transparente y detallada la verdadera influencia que puede tener la modificación específica del ángulo entre la placa del rotor y las aletas. En el estudio se diseñaron, fabricaron y probaron experimentalmente tres rotores: uno con palas rectas 90°, y dos con palas inclinadas a 85° y 75° respecto a la placa del rotor. Los hallazgos clave indican que el rotor de palas inclinadas 85° demostró una mayor presión estática, especialmente en condiciones de carga parcial, en línea con un estudio de ASME de 2021 sobre la inclinación de palas; sin embargo, el rotor de palas rectas 90° mostró consistentemente una mayor presión dinámica a través de diversas restricciones de flujo. Además, el rotor de palas rectas presentó mejor eficiencia general gracias a su mayor presión dinámica y el resultante mayor flujo masico, lo que subraya un compromiso entre lograr una mayor presión estática con las palas inclinadas y maximizar la eficiencia con el diseño de palas rectas. Por último, aunque las simulaciones de CFD, realizadas para inclinaciones de 105°, 90°, 85°, 75° y 45°, acertaron al predecir la tendencia de aumento en la presión estática con la inclinación de las palas, no lograron predecir con precisión el flujo másico, probablemente debido a las simplificaciones del modelo y las configuraciones específicas de la simulación.
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Modelo experimental y validación de la aerodinámica de un alerón para vehículos de competición
(Universidad EIA, 2024) Ramírez Montoya, Mateo; Ospina Muñoz, Walter Antonio
RESUMEN: En el presente trabajo se expone un método numérico basado en el método de Kansa [6], enfocado en Funciones de Base Radial, acoplando a su vez el método de Levenberg - Marquadt para la solución numérica de un sistema de ecuaciones no lineales; esto se hace con el fin de lograr soluciones aproximadas a las ecuaciones de Navier - Stokes para un flujo de aire alrededor de perfiles aerodinámicos. A partir de estas soluciones, se obtienen coeficientes de presión, arrastre y sustentación característicos de cada perfil para hacer la respectiva validación con diferentes fuentes. Se obtienen resultados importantes para los perfiles NACA 4412 y 4415, logrando errores, en ocasiones, menores al 4%, a un ángulo de ataque nulo, aunque se pierde considerablemente la precisión al aumentar dicho ángulo a 5◦. Finalmente, se desarrollan una serie de simulaciones asociadas a aplicaciones en el deporte automotor a partir de la herramienta computacional construida.
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Diseño de turbina hidráulica para cabezas de presión y caudal bajos
(Universidad EIA, 2024) Hernández Gil, Juan Sebastián; Montoya Góez, Yesid
RESUMEN: en el presente trabajo de grado se desarrolló una propuesta de diseño para una turbina destinada a bajas cabezas de presión y caudal, utilizando metodologías de diseño y experimentación a pequeña escala, basadas en principios de mecánica de fluidos. Además, se utilizaron herramientas de software computacional, como Fusion 360 para el diseño y la simulación de elementos finitos, y CFD para la simulación del flujo. En la primera fase del trabajo, se realizó una búsqueda de información sobre tecnologías existentes y bases científicas relevantes para las variables consideradas en el análisis del comportamiento del agua. Esto tuvo como objetivo aclarar los conceptos fundamentales y establecer criterios para interpretar los futuros resultados de las simulaciones de fluido computacional. Una vez definidos los conceptos en el marco teórico, se procedió a establecer los límites de operación de la turbina, basados en datos proporcionados por un canal artificial y el comportamiento de una fuente real de agua. Posteriormente, se propusieron diferentes conceptos para satisfacer las necesidades específicas de la turbina. Estos conceptos fueron evaluados mediante la construcción y prueba de prototipos, los cuales se fabricaron mediante impresión 3D y se probaron en el canal de hidráulica del laboratorio de hidráulica de la universidad EIA. El prototipo seleccionado fue evaluado bajo las condiciones del canal de hidráulica y otras condiciones extrapoladas, considerando el comportamiento del canal real mencionado anteriormente. Estas condiciones se utilizaron como entradas en el análisis CFD, cuyos resultados sirvieron como entrada para la simulación de elementos finitos. Los resultados de las simulaciones indicaron una respuesta favorable en términos de la integridad y el funcionamiento de la turbina bajo los regímenes de flujo propuestos.
Acceso abierto
Diseño de aerogenerador tipo Darrieus helicoidal para su operación en el campus Palmas de la Universidad EIA
(Universidad EIA, 2024) Santiago Cuadros, Kevin Andrés; Wilches Peña, Luis Vicente
RESUMEN: se desarrolló el diseño de concepto para un aerogenerador de eje vertical tipo Darrieus helicoidal. Siguiendo la metodología de diseño de producto propuesta por Karl T. Ulrich se identificaron necesidades y especificaciones de diseño para el aerogenerador, se crearon conceptos de solución y se seleccionó el mejor a partir de criterios de calificación que respondían a estas mismas especificaciones. Posteriormente se evaluó el desempeño teórico mediante el uso del software QBlade y en condiciones de operación presentes en el campus Palmas de la Universidad EIA, con una velocidad de viento de 4 a 8 m/s y a una altura de 10 m sobre el nivel del suelo. Finalmente, se identificaron los elementos críticos del aerogenerador y se realizó una propuesta básica de posibles materiales y procesos de manufactura para su fabricación, incluyendo un análisis FEA para evaluar esfuerzos y deformaciones en condiciones críticas de operación, es decir, velocidades de viento de hasta 12 m/s. Se obtuvo un diseño de concepto de un aerogenerador Darrieus helicoidal de tres álabes en aluminio, con un generador de imanes permanentes de velocidad variable, con soportes radiales en ‘V’, un sistema de control automatizado mediante un microcontrolador Arduino FIO, sistema de almacenamiento y entrega de energía eléctrica y una torre en cercha de tubos, que satisfizo las necesidades de diseño identificadas.
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Diseño de un vehículo eléctrico de tres ruedas como alternativa de movilidad urbana de “última milla”
(Universidad EIA, 2024) Jaramillo Gérard, Matías; Córdoba Morales, Jorge Hernán
RESUMEN: el sistema de transporte público en Medellín no logra abordar de manera integral las diversas necesidades de los ciudadanos. Problemas como los tiempos de espera prolongados en las estaciones, la necesidad constante de hacer transbordos, la insatisfacción generalizada respecto a los tiempos de desplazamiento y la falta de flexibilidad son los principales desafíos que enfrenta el sistema. Además, la emisión de material particulado derivado de la combustión de vehículos diésel representa una seria amenaza para la salud de los habitantes de la ciudad. Por último, la elevada producción de gases de efecto invernadero plantea riesgos para los ecosistemas locales y la estabilidad del planeta. Dada esta problemática, surge la imperante necesidad de desarrollar un medio de transporte que sea sostenible, asequible y accesible para toda la población. En este trabajo de grado se presenta el diseño y proceso de concepción de un vehículo monoplaza de tres ruedas, se han considerado lo siguiente: las necesidades de los posibles usuarios, la aplicación de metodologías de diseño de producto, el cumpliendo con las normativas actuales sobre vehículos de micro movilidad, la seguridad del usuario, la confiabilidad del producto, la implementación de sistemas de motorización eléctrica, baterías de litio y otros componentes ampliamente utilizados. Este enfoque integral garantiza que el vehículo no solo responda a las demandas de movilidad, sino que también cumpla con las normativas legales y ambientales, proporcionando una solución a los problemas de movilidad en la ciudad.
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Biodigestores - ¿Cuál es la viabilidad de implementar esta tecnología en la universidad EIA de manera sostenible?
(Universidad EIA, 2024) Salomón Zuluaga, Juan David; Córdoba Morales, Jorge Hernán
RESUMEN: el presente trabajo evaluó la viabilidad de implementar un biodigestor en la Universidad EIA de manera sostenible, además este se puso en operación y se analizaron, monitorearon y controlaron los parámetros que influyen en la generación de biogás para aprovechar su energía térmica. Adicionalmente, se realizó un manual de operación con base en la experiencia para las personas que quieran utilizarlo en un futuro, este manual muestra cómo se debe realizar la etapa de activación, operación, control de parámetros y tiempos de cocinado en función de la presión, y con esta información operar el ejemplar de manera que genere biogás correctamente. Este proceso se apoyó en información brindada por la empresa Homebiogas y la suministrada por los técnicos Jorge Enrique Moreno Herrera y Manuel Fernando Cendoya Gaviria, con base en esto se realizó la activación del biodigestor y se monitorearon los factores que influyen en la generación de biogás durante mes y medio, tiempo en el cual se fueron tomando decisiones con base en los resultados para mantener los parámetros en los rangos óptimos. También, con un manómetro se analizó el comportamiento de la presión en la cámara de biogás, viendo el aumento de esta en el tiempo se observó la velocidad en que se genera biogás y comparando este y otros parámetros con otros estudios se supo el desempeño del biodigestor, al mismo tiempo con base en la presión se demostró que este biodigestor tiene la capacidad de generar biogás para cocinar de manera continua durante 25 minutos todos los días. Adicionalmente, se tomaron muestras del biogás generado en bolsas tedlar para analizar su composición en la Universidad Nacional y así se determinó el poder calorífico. También, respecto al impacto ambiental mediante información suministrada por el área de sostenibilidad de la universidad se cuantificó el ahorro de emisiones de gases nocivos para el medio ambiente y las emisiones de CH4 generadas por el estiércol. Finalmente se logró el objetivo de cocinar alimentos en una estufa con este biogás. Además, se demostró que la implementación de esta tecnología si es viable técnicamente en la Universidad EIA.
Acceso abierto
Caracterización experimental y propuesta de mejoras de diseño para un electrolizador alcalino a escala de laboratorio
(Universidad EIA, 2023) Gattás Garcés, Abraham Camilo; Sánchez Posada, Mario Alejandro; Torijano Gutiérrez, Sandra Adela
RESUMEN: en el presente trabajo de grado se realizó la caracterización y se propusieron mejoras de diseño para un electrolizador alcalino a escala de laboratorio desarrollado previamente estudiantes en la universidad EIA durante un proyecto de grado. En la primera fase del trabajo, se identificaron los parámetros de diseño y variables de desempeño para un electrolizador alcalino, con el fin de realizar la definición de parámetros y seleccionar la correcta instrumentación para la medición de las variables de desempeño del electrolizador. Posteriormente, se realiza el ensamble del montaje experimental para el electrolizador y seguidamente la estimación de las variables de desempeño para cada experimento planteado en el diseño experimental, de los cuales se ha podido encontrar que el electrolizador tiene un mejor desempeño cuando tiene electrodos de mayor área superficial, la concentración del electrolito es alta y no se le suministra la corriente de mayor magnitud. Luego de haber evaluado el desempeño del electrolizador, se procedió a proponer mejoras en el diseño de este utilizando la metodología de Ulrich, con la finalidad de tener un buen diseño de concepto para elaborar el CAD del nuevo electrolizador y cotizarlo para su futura fabricación.
Acceso abierto
Evaluación del proceso de obtención de biochar a partir de pellets de biomasa en un reactor vertical de pirólisis lenta
(Universidad EIA, 2023) Moncada Arango, Federico; Sánchez Posada, Mario Alejandro
RESUMEN: el aprovechamiento de los residuos orgánicos provenientes de la agroindustria es un reto tanto a nivel local como internacional, su transformación a través de procesos termoquímicos es una vía en exploración que muestra resultados prometedores, sin embargo, no se ha planteado de manera concreta la peletización de fique con el objetivo de estudiar las características del biochar y su dependencia en los parámetros de elaboración. En este trabajo de investigación se realiza un ensayo de producción de pellets de Fique, su pirólisis en 2 temperaturas (550ºC y 700ºC) y 3 tiempos de remanencia (45 min, 90 min y 180 min) utilizando un reactor vertical de lecho fijo a una tasa de calentamiento de 10ºC/min. Se realiza un estudio para determinar la relación de estos parámetros con su encogimiento, pH, estructura morfológica y área superficial o porosidad. Se encuentran rendimientos en seco del 25% y 30% para los 550ºC y 700ºC respectivamente, además de evidenciar un encogimiento radial entre 22,57% de su diámetro inicial y 27.01%. Con respecto al pH no se encuentra una relación significativa que permita establecer una dependencia. El área superficial para los pellets de char producidos a partir de fique pirolizado a las temperaturas mencionadas está entre los 8,9678 m2/g y 13,3010 m2/g para 550ºc y 700ºC respectivamente.
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Metodología de identificación de proyectos de generación de energía eléctrica a partir de FNCER en el SIN
(Universidad EIA, 2023) Cañas Jiménez, Samuel; Hoyos Velásquez, Santiago
RESUMEN: este trabajo aporta un procedimiento que permite identificar y evaluar zonas estratégicas para el estudio y posterior inversión en proyectos con FNCER, minimizando el riesgo asociado a la incertidumbre que se tiene en las etapas iniciales del proyecto. El aumentar la posibilidad de estudio y posible inversión en proyectos de generación con FNCER responde a la necesidad actual de diversificar la matriz de generación y de aumentar la participación de las energías renovables no convencionales en esta. A diferencia de otras metodologías de identificación de proyectos de generación de energía, la propuesta no se basa en la disponibilidad del recurso como criterio principal para identificar la zona de interés donde se pretende desarrollar el proyecto, sino que a partir de un análisis de información del sector eléctrico utiliza un mapa de restricciones eléctricas del sistema interconectado nacional para identificar cuáles de ellas podrían ser aliviadas con la generación propuesta, Solar fotovoltaica o PCH. Con el mapa de restricciones eléctricas, elaborado a partir de un diagnóstico de red de XM, se realiza una superposición de mapas entre el mapa descrito y los mapas de potencial de recurso solar y PCH elaborados por el ministerio de minas y energía, con el fin de seleccionar el recurso de mayor potencial presente en la zona de interés (zona con restricción eléctrica). A partir de este punto la metodología se basa en proponer fuentes de acceso a la información del sector eléctrico, además de la utilización de herramientas (SIG) como el software ArcGIS ArcMap, Tremarctos-Colombia, NSRDB y métodos para el dimensionamiento de una central solar fotovoltaica y una central hidroeléctrica que facilitan el estudio de viabilidad de estos proyectos para apoyar decisiones de inversión. Por último, se realizó un caso de estudio en una zona cercana a una subestación con restricciones eléctricas, que permitió verificar la facilidad de utilización de la metodología y la baja inversión que se necesita para su desarrollo. En el caso de estudio específicamente se verifico la viabilidad financiera, ambiental y técnica de una central solar fotovoltaica dimensionada con el software PVSyst 7.4. Obteniendo como resultados un alto potencial del recurso solar en el área de interés (5.26 kWh/m2 día) y una alta posibilidad de conexión debida a la disponibilidad de capacidad en la subestación y a la corta distancia de la línea de conexión del proyecto a la subestación. En cuanto al análisis financiero, el proyecto resulta ser financieramente atractivo, presentando una tasa interna de retorno de 19.2% y un valor presente neto de $COP 25,846,000,000; Además, se verificaron las restricciones ambientales y socioculturales en el área de influencia y no se identificó ninguna que impida la adecuada ejecución del proyecto.
Acceso abierto
Modelación matemática de condiciones de operación en el vuelo de un turbofán de dos rotores (motor de avión comercial) mediante el análisis dinámico de volúmenes de control
(Universidad EIA, 2023) Bruno Padilla, Rafael Elias; Hazbon Alvarez, Omar
RESUMEN: a pesar del gran avance de seguridad y control de las aeronaves en la última década, persiste una tendencia preocupante de incidentes aéreos (Aviation History, 2021). muchos de los cuales se atribuyeron a problemas en los motores de las aeronaves, como la falta de combustible o el desprendimiento de piezas (Krejsa et al., 2018). Entre 2017 y 2021, esta cifra aumentó a 391 accidentes, 30 de los cuales resultaron fatales (ICAO, 2022). Dado el limitado desarrollo de modelos de este tipo en Colombia, se planteó la necesidad de integrar tanto la dinámica estructural del fuselaje como la del sistema de propulsión. Por tanto, este proyecto se centra en la caracterización de un modelo matemático que incorpore ambas características específicamente para motores turbofán de dos rotores (utilizados en aplicaciones comerciales). En este contexto, la pregunta de investigación clave es la siguiente: ¿Cómo caracterizar un modelo matemático de un motor turbofán que permita observar el comportamiento dinámico en el vuelo a través de volúmenes de control? Para responder la incógnita, este trabajo propone definir los parámetros geométricos que inciden en la estructura del motor y determinar las condiciones iniciales adecuadas para el mismo; luego analizar y caracterizar las relaciones matemáticas y físicas del turbofán, en este caso se realizará con el motor CFM56- 5C2 de General Electric, basando la modelación misma en el modelo de un motor turbojet elaborado por la NASA (Kopasakis et al., 2008), la cual emplea un modelo dinámico que relaciona las ecuaciones de energía, momentum y continuidad (Seldner et al., 1972). El comportamiento dinámico es validado en Matlab® utilizando datos de la literatura, en particular, las condiciones de vuelo proporcionadas en el datasheet de (Élodie Roux, 2007) revelando que el modelo presenta errores menores al 4% con respecto al real, mientras que el modelo que trae “Simulink Toolbox Aerospace” para estudiar sistemas dinámicos mostró un error del 19.85%. Este trabajo abre nuevas perspectivas para investigaciones futuras en el campo de la dinámica de sistemas, para que ante el modelo se puedan implementar sistemas de control predictivo, control de válvulas, inyectores entre otros a partir de un modelo matemático más exacto. Finalmente se realiza una app de Matlab con una interfaz amigable para su uso en la academia; la cual puede encontrarse en Mathworks® en el siguiente enlace: DYNAMIC TURBOFÁN MODEL.
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Propuesta de un plan de fabricación local para la monoviga h de cabinas de la línea K del metrocable
(Universidad EIA, 2023) Torres Ríos, Santiago; Hoyos Pulgarín, Elizabeth
RESUMEN: el Metro de Medellín es importante dentro del sistema de transporte integrado del Valle de Aburra, estructurado por sus líneas de trenes, cable aéreo y buses, se encarga de movilizar al día 1,5 millones de personas. La línea K del metro cable cuenta con 15 años de funcionamiento sin reemplazo de alguno de sus componentes estructurales como la monoviga H, que se plantea por parte del Metro homologarlo para una construcción de manera local, evitando la importación y las implicaciones que esto trae, fomentando también la industria nacional. En el presente trabajo se desarrolló un plan de fabricación para el conjunto de conexión monoviga H (MVH), componente estructural perteneciente a las cabinas del metro cable del Metro de Medellín, de la Línea K, con el objetivo de realizarlo de manera local. Para el concepto de manufactura, previamente se realizó la caracterización del material presente en la MVH y un análisis estático del sistema, para posteriormente realizar cálculos de esfuerzos soportados por simulaciones empleando elementos finitos. Finalmente se realizó la búsqueda de proveedores nacionales para validar con los procesos de fabricación aplicables según metodología de diseño orientada a la manufactura y plasmarla en una estrategia de manufactura, bajo los lineamientos de las normas aplicables. Se implemento un plan de fabricación considerando métodos convencionales de fabricación acompañado de herramientas computacionales para el desarrollo en el país. Después de los resultados obtenidos se puede concluir que Colombia cuenta con el potencial para la producción de componentes estructurales para transporte por cable, teniendo en consideración la búsqueda de material a nivel internacional.
Acceso abierto
Estrategia de manufactura con énfasis en viabilidad local para elemento de suspensión tipo viga J en cabinas del Metrocable Línea K
(Universidad EIA, 2023) Gutiérrez Palacio, Sebastián; Hoyos Pulgarín, Elizabeth
RESUMEN: El presente trabajo de grado desarrolló una estrategia de manufactura para la Viga J, componente estructural del Metrocable Línea K, con énfasis en procesos de soldadura acordes para la unión de los componentes en acero al carbono de éste. Se evaluó con la metodología de Dieter para el diseño de manufactura una estrategia de manufactura acorde a la geometría del componente teniendo en cuenta el material base, acero DIN/EN 1.1105 con composición química similar al acero ASTM A709 grado 100. Posteriormente, se realizó un análisis estático que permitiera determinar el estado de cargas del componente que verificó que, bajo los diferentes casos de estudio presentados en la normativa internacional para construcción de componentes estructurales en cables aéreos, no se superaba el esfuerzo de cedencia del acero A709 grado 100, 690 𝑀𝑃𝑎. Verificado esto, y con la sugerencia de procesos de manufactura acordes a los elementos de la Viga J, se propusieron dos especificaciones de procedimiento de soldadura, WPS, bajo el código de Soldadura – aceros structurales D1.1, para la unión de los elementos del componente bajo el proceso de soldadura GMAW. Por último, se presenta la secuencia de fabricación, ensamble y unión del componente estructural Viga J.
Acceso abierto
Evaluación técnica y financiera para la repotenciación de sistema fotovoltaico fijo en techo a sistema con seguidores en las instalaciones de Tronex Medellín
(Universidad EIA, 2023) Villegas Cañas, Pedro; Montoya Castrillón, Samuel; Álvarez Uribe, Natalia
RESUMEN: la implementación de nuevas tecnologías en sistemas de generación solar representa una oportunidad para maximizar el aumento de generación y no perder rentabilidad en sistemas en épocas donde no haya suficiente luz solar. La integración de nuevas tecnologías como seguidores y módulos solares bifaciales pueden representar aumentos de hasta el 35% de generación solar frente a sistemas solares convencionales, pero se argumenta que Colombia al estar en una zona cercana a la línea del Ecuador, este tipo de tecnologías de seguimiento solar no demuestra un aumento de rendimiento respecto a las instalaciones solares convencionales. Se realizaron 5 simulaciones de diferentes tipos de sistema solar para abastecer la demanda de energía en la planta de TRONEX y para verificar los parámetros de inversión de sistemas con este tipo de tecnologías y su aumento de generación. Se obtuvo aumentos de generación de entre el 11% hasta el 36% de aumento de generación con respecto a sistemas de estructura fija. Se encontró que la rentabilidad del sistema está directamente relacionada con la potencia y la generación, también entre más potencia instalada tenga va a tener mejor TIR Y VPN, en este caso llegando a una TIR máxima de 17% para un sistema de 425 kWp con seguidores y módulos bifaciales. Pese a que el análisis financiero da que esto tiene una rentabilidad, se concluyó que lo mejor por inversión y debido a la situación actual financiera del país es invertir en estas tecnologías en potencias mayores a 1 MWp.
Sólo datos
Evaluación del estado de esfuerzos y deformaciones del diseño de un aerogenerador de eje vertical Darrieus tipo H
(Universidad EIA, 2023) Lezcano Aguirre, Mariana; Wilches Peña, Luis Vicente
RESUMEN: Tres piezas / componentes tomadas del concepto previo de un generador eólico tipo Darrieus fueron analizadas y rediseñadas. Estas metodologías incluyeron el análisis FEM para esfuerzos y deformaciones, el uso de cálculos analíticos con modelos simples y el desarrollo completo de un proceso de diseño de concepto / detalle siguiendo los pasos de la metodología de diseño clásica propuesta por Karl Ulrich. EL análisis FEM mostró que los materiales y las formas seleccionadas satisficieron las solicitaciones mecánicas de una operación atípica del aerogenerador en la universidad EIA campus Palmas. La metodología de Ulrich además permitió la integración de una gran variedad de recomendaciones de diseño acerca de formas, materiales, procesos de manufactura y ensamble, que mejoraron la estabilidad estática y el desempeño de todo el aerogenerador.
Sólo datos
Variaciones microestructurales en aceros para rieles sometidos a esmerilado
(Universidad EIA, 2023) Bedoya Bedoya, María Cristina; Wilches Peña, Luis Vicente
RESUMEN: el esmerilado de rieles es una estrategia de mantenimiento usada para eliminar daños en la superficie del riel generados durante la operación comercial del tren. Algunos de estos daños, como la capa blanca (CB o WEL’s de las siglas en inglés (White Etching Layer)) y la deformación plástica, parecen estar relacionados con respuestas no deseadas del material. Existe evidencia que relaciona la aparición de CB y Deformación plástica, con el proceso de esmerilado. Esta investigación establece una metodología para crear variaciones microestructurales en cupones de riel, usando una pulidora comercial. La profundidad y velocidad de corte fueron controladas en esta serie de experimentos. Las muestras se extrajeron de las regiones afectadas y se sometieron a caracterización vía microscopia óptica (OM) y microscopia electrónica (SEM). La respuesta mecánica se evaluó mediante la toma de micro durezas. El análisis morfológico de las variaciones microestructurales permitió concluir que la deformación plástica tiene un papel importante en el inicio y la evolución de las WEL´s, pero no es el único factor. De acuerdo con la literatura técnica, parece que la temperatura flash producida durante el pulido podría estar implicada. Sin embargo, este estudio no pudo recoger evidencias concretas al respecto. A futuro, entender la relación entre los parámetros de esmerilado, la aparición de variaciones microestructurales, y el rol del calor generado durante el proceso, permitirán establecer parámetros de esmerilado que prolonguen la vida útil del riel.
Acceso abierto
Optimización de canales conformales para moldes de inyección utilizando el método de elementos finitos y manufactura aditiva de polímeros.
(Universidad EIA, 2023) Osorio González, Simón; Carmona, Juan Pablo; Rodríguez Fernández, Johnnatan
RESUMEN: la manufactura aditiva podría definirse como el proceso de unión de materiales para fabricar una pieza a partir de un modelo 3D, comúnmente diseñado por computador. En el proceso de inyección de plástico, la fase de enfriamiento determina la duración del ciclo en el proceso. Tasas de enfriamiento controladas y partes que no alcanzan la temperatura de eyección, son limitaciones a las que se enfrentan los canales tradicionales en el proceso de inyección. Con este trabajo se busca evaluar unos nuevos canales de enfriamiento más eficientes. Los canales conformales son un nuevo método de diseño para los canales de enfriamiento en un molde de inyección, que tienen el objetivo de tener mayor eficiencia, menor tiempo en el enfriamiento e incremento en la producción. En este trabajo se realizó un diseño de experimentos basándonos en el diseño factorial para probar las diferentes variables que afectan el desempeño de los canales conformales. Además, se hicieron simulaciones para cada una de las configuraciones con el fin de encontrar cual era el diseño con mejor rendimiento para fabricar los canales. Finalmente, se imprimió un modelo de la pieza con la mejor configuración según las simulaciones para realizar pruebas de funcionamiento iniciales. Los canales de sección semicircular tuvieron un mejor desempeño mostrando un menor tiempo de enfriamiento, esta reducción de tiempo puede ser significativo en la industria donde se requiera altos volúmenes de inyección de piezas.
Acceso abierto
Avances en la implementación de un modelo basado en fusión de señales (MSBF) para la predicción de sanidad en el proceso de soldadura por fricción-agitación (FSW) para aleaciones de aluminio
(Universidad EIA, 2023) García Aguirre, Juan José; Hoyos Pulgarín, Elizabeth
RESUMEN: el proceso de soldadura conocido como Friction Stir Welding (FSW), es un proceso desarrollado por TWI y opera en estado sólido, además no necesita de ningún aporte, este proceso presenta ventajas frente a otros procesos de soldadura convencionales puesto que no llega a hacer fusión en el material, logrando que este sea una excelente alternativa para la soldadura de aluminios. En la industria colombiana existe un alto uso de aluminios resistentes a la corrosión, por lo que realizar avances en un proceso que facilita la unión de este tipo de aleaciones puede ser conveniente para el avance de industrias a nivel nacional tales como la naval, aeroespacial, entre otros. Dado que el proceso a nivel nacional no se encuentra desarrollado, es decir, solo se realiza de manera investigativa por instituciones educativas, es adecuado el estudio de este para el desarrollo y avance tecnológico de la industria, para esto es posible utilizar alternativas en las que los usuarios puedan utilizar el proceso de manera más sencilla, además de que es importante que este obtenga una idea de los resultados del proceso, por lo tanto, el desarrollo de un modelo que pueda dar una idea de los resultados dependiendo de los parámetros que el operador ingrese será viable para el uso y desarrollo del proceso, además de que es conveniente la realización de una Interfaz gráfica donde el operario pueda seleccionar de manera más adecuada los parámetros, así como poder visualizar los resultados a partir de esta.