F.L. Maestría en Ingeniería Mecánica
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Publicación Acceso abierto Modelación computacional de la deflexión en juntas soldadas por gtaw de acero inoxidable aisi 304, utilizando la técnica de análisis de elementos finitos(23-02-24) Lancheros Montiel, Miguel Ángel; Lancheros Montiel, Daniel Valery; Lancheros Suárez, Valery José; Velilla Díaz, Wilmer SegundoIn recent years, housing and building construction in Cordoba, more specifically in the municipality of Monteria "presents a steady growth rate of 1.6% per year of the city's fabric" (Pretelt Blanco & Territorial, 2015), a situation that is evidenced by the development of the region, new neighborhoods, new buildings, updating of facades and structures with new materials. Due to this, the demand for ornamentation works (protection grids, balcony railings, handrails in stairs and others) is rising proportionally to the mentioned rate. The stainless steel AISI 304, became one of the favorite materials of the users that require some type of these mentioned structures for their houses and/or buildings. One of the characteristics of the designs of this type of ornamental structures is that they visibly present a linear appearance (straight) in their total length and in any of the visualization or coordinate axes.Publicación Acceso abierto Efecto de la entrada de calor en la tenacidad a la fractura de las diferentes zonas de juntas soldadas de acero ASTM A572-Gr50 producidas por el proceso de soldadura GMAW y gas 90Ar-10CO2(2022-02-27) Herrera de Oro, Edinson de Jesús; Unfried Silgado, Jimy; Zambrano Rodríguez, HabibThe effect of the heat input generated by the GMAW welding process and protective gas 90Ar10CO2 on the fracture toughness of the different welding zones in the joints of ASTM A572 Gr 50 steel, which is a high-quality steel, was evaluated. High strength and low alloy (HSLA). Initially, the characterization of the base metal was carried out through techniques such as: optical emission spectrometry, optical microscopy, tensile tests, hardness tests and fracture toughness tests, with these data on chemical composition, microstructure, stress creep, hardness and fracture toughness values, respectively. Subsequently, the welding of the 400mmX150mmX6,35mm steel plates was carried out, by means of GMAW, using different heat inputs (high and low). From the welding coupons, the different welding zones were identified by macrography; and the phases in said zones were identified by means of metallography and X-ray diffraction. Then the fracture toughness test was carried out on specimens with the pre-crack located in the thermally affected zone (HAZ) and in the weld metal zone, welded joints. It was evidence that the fracture toughness is correlated with the microstructural changes in the ASTM A572 Gr 50 steel product of the thermal inputs of the GMAW welding process, this has an impact on the resulting phases; as well as the size, location and composition of the precipitates.Publicación Acceso abierto Análisis exergético local de la gasificación de los residuos de la agroindustria del maíz en un reactor de tubos concéntricos(UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA, 2022-10-26) Sofán Germán, Stiven Javier; Mendoza Fandiño, Jorge Mario; Rhenals Julio, Jesús DavidSe desarrolló un modelo numérico para simular el proceso de gasificación de biomasa en un reactor de tubos concéntricos usando un enfoque euleriano-Lagrangiano a través de la mecánica computación del fluido (CFD). La biomasa se modeló en el marco de Lagrange usando el modelo de fase discreta (DPM) con interacción de fase continua. La incorporación de la mecánica computacional de fluidos permite representar escenarios que involucren procesos de conversión termoquímica orientados a la maximización del poder caloríficos del gas de síntesis, volviéndolos una herramienta más precisa de valorización de biomasas no maderables en el proceso de gasificación en el reactor de tubos concéntricos. Fue desarrollado un balance exergético local para determinar la cantidad de exergía destruida a lo largo del reactor de tubos concéntricos y para así, ver que mejoras ingenieriles pueden hacerse a este tipo de reactores de tal manera que esa destrucción de exergía por los procesos que ocurren pueda disminuir.Publicación Acceso abierto Modelación numérica de la co combustión de carbón y tusa de maíz pulverizados(2022-11-17) Doria Oviedo, Miguel Emigdio; Mendoza Fandiño, Jorge MarioEn este trabajo se desarrolla mediante la dinámica de fluidos computacional (CFD) un modelo numérico de la co-combustión de carbón mineral y tusa de maíz pulverizado en una cámara de combustión a escala para combustibles pulverizados con el fin de estudiar el factor de emisiones y rendimiento energético del proceso. Para el modelo se usan de ecuaciones de Navier-Stokes, un modelo Lagrange-Euler para la trayectoria de las partículas, el modelo de turbulencia standard k épsilon, modelo de radiación DO, transporte de especies, modelo de dispersión, se definen los tamaños de partícula y su distribución Se tomaron datos de artículos anteriores sobre las propiedades energéticas de los combustibles a usar, así como la forma de estos. Al tener todos los parámetros y condiciones se simuló el proceso para cada tipo de mezcla usada. Al obtener los resultados, estos se analizan las emisiones de SOx, NOx, CO2 de lo cual se observó una disminución en las emisiones de los contaminantes a medida de que se agregaba biomasa y se validaron con las emisiones características de la combustión para carbón pulverizado.Publicación Acceso abierto Evaluación termoenergética de la co-digestión de la mezcla cascarilla de arroz y estiercol bovino en condiciones termofilicas(2023-01-26) Bonilla Gracia, Samuel Iván; Mendoza Fandiño, Jorge MarioIt is no secret that renewable energies are currently the fundamental basis for the energy sustainability of our humanity and the environment that surrounds us. Society at this time seeks to implement different energy alternatives to reduce the environmental damage that we have been carrying by the current energy system, which generates an exclusive dependence on fossil fuels. Due to this, different advances have been developed on new energy alternatives such as : Solar energy, wind energy, biomass and biogas. In Colombia, specifically in the department of Córdoba, there is a great capacity of accumulation of residual biomass by agro-industrial processes that have as a consequence a high production of rice husk biomass and bovine manure. This research seeks to evaluate the consequences of the co-digestion of the mixture of cattle manure and rice husk under thermophilic conditions [45-57] °C in an anaerobic reactor, which we consider the biomass components by means of experimental data and publications that share this information. Using the ADM1 model, which prioritizes the kinetics of the digestive process, the estimated retention time to be used for the reactor is 20 days and the results will help future experimental projects to continue the development of biogas studies under thermophilic conditionsPublicación Acceso abierto Estudio de las propiedades mecánicas y microestructura de juntas soldadas de acero ASTM A572 GRADO 50 mediante el proceso GMAW con gas 90Ar-10CO2 sometidas a corrosión por inmersión en FeCl3(2023-02-22) Díaz Ávila, Álvaro Manuel; Jimy Unfried Silgado; Enrique Esteban Niebles NúñezSe soldaron cupones de acero ASTM A572 Gr 50 con un equipo GMAW automatizado empleando gas de protección 90Ar-10CO2, mediante régimen de deposición de material por spray. La caracterización de las zonas de soldadura se realizó mediante microscopia óptica y se realizaron mediciones de microdureza Vickers a lo largo de la sección transversal del cupón. Los cupones fueron expuestos a pruebas de corrosión por inmersión en una solución de FeCl3 al 6% durante 12 y 48 horas. Seguido, se realizaron ensayos de tensión bajo la norma ASTM E8-M obteniendo las propiedades de esfuerzo de fluencia, esfuerzo último y porcentaje de elongación, se tuvieron en cuenta cupones sin inmersión con el fin de realizar un análisis comparativo. Se hizo un estudio de análisis de varianza ANOVA para determinar la influencia del aporte térmico del proceso de soldadura y el tiempo de inmersión en FeCl3 sobre las propiedades mecánicas. La caracterización de la microestructura mostró que el material base consta de granos de Ferrita y colonias de Perlita. Al momento de suministrar calor debido al proceso de soldadura hubo cambios en la microestructura dando paso a nuevas fases. Se evidenció que la zona parcialmente fundida fue donde se inició el ataque corrosivo, probablemente, a un efecto galvánico entre el cordón de soldadura y la zona afectada térmicamente. Los resultados de las pruebas de tensión mostraron que las probetas sometidas a corrosión presentaron una disminución drástica en la resistencia última y el porcentaje de elongación. De acuerdo con el ANOVA, el tiempo de inmersión en FeCl3 fue el factor que más influencia tuvo sobre la disminución de las propiedades mecánicas.Publicación Acceso abierto Caracterización química, física y mecánica de materiales compuestos con matriz de ácido poliláctico y refuerzo particulado de cáscaras de marañón elaborados a través de la técnica de moldeo por deposición fundida(2023-02-22) Paternina reyes, María José; Espitia Sanjuán, Luis Armando; Colorado Lopera, Henry AlonsoIn this work, composite materials with polylactic acid matrix were made, varying the percentages of cashew shell particles 0.5%, 1% and 2% using the fused deposition molding (FDM) technique; The cashew shells were dried at 250ºC and crushed mechanically, using particles with a size smaller than 63 um to manufacture them. Polylactic acid and cashew shells were characterized by FTIR, scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, lignocellulosic analysis, and for the composite materials obtained, mechanical tests were carried out to obtain tensile and flexural mechanical properties according to ASTM D638 and ASTM D790 standards, In addition to the analyzes of the fractures obtained in each test. It was found that the shell has the presence of hemicellulose, cellulose and lignin, in addition to other minerals present in smaller quantities. The drying process at 250ºC managed to eliminate the anacardic acid present in the cashew shell. It was evidenced that the composite materials with 0.5% cashew shell particles had higher values of modulus of elasticity and tensile strength, however, in the yield stress, the 1% composite materials presented the highest properties. On the other hand, in bending, an increase in bending resistance was observed as the percentage of added particles increased.Publicación Acceso abierto Estudio hidrodinámico del casco de una motonave fluvial para operar en el río Sinú que tenga la menor resistencia al avance, usando herramientas computacionales y validando los resultados con un modelo a escala(Escuela Naval de cadetes Almirante Padilla, 2023-02-23) Torres Sánchez, Jairo Eulises; Durango Álvarez, Demóstenes JoséIn the present work, a study was carried out to establish how the geometry of the hull of a four meter long vessel influences the resistance to the advance in the water of the Sinu River in the city of Monteria, Colombia, using the theories of fluid mechanics associated to naval design and with the help of computational tools, particularly the programs Maxsurf and Ansys Fluent and a scale model. The system is modeled by previously establishing the ship's mission, in which the initial conditions of the design are established such as: Maximum length, number of occupants, propulsion type, among others. With this information, a database is built, where dimensions and characteristics of some commercial models are included. By means of a linear regression, the initial dimensions of the hull are obtained, taking into account the information provided by the database. Once the initial dimensions are established and with the help of Maxsurf Modeler, the first prototype of our study is designed. The next step consists of determining a hull with a geometry that has the least resistance to the advance but that also adjusts to the mission of the ship, for this we use the information that we already have from the database and we establish three dimensional relations of the hull, such as: Beam - Length, Depth - Length and Draft - Depth, where the minimum and maximum of these relations are taken and tabulated. From this process 9 dimensions are obtained, with which 9 models with their respective geometries can be obtained, using Maxsurf Modeler. To each of these geometries the curves of the resistance to the advance as a function of the speed of the boat are determined, using the software Maxsurf Resistance. With the data obtained and the relationships of dimensions, a design of experiments was carried out, using the response surface methodology, with the objective of finding the geometry with the least resistance to the advance that fulfilled the ship's mission. These results show the region where the geometry with the lowest drag is located. The result of this study establishes that the relationship that most influences the resistance to the advance Length - Beam. To determine the drag and compare this result obtained with Maxsurf Resistance, a Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis was used with the help of Ansys Fluent 2021 R1 software. In this study a meshing is performed, choosing a poly - hexacore mesh, which contains polyhedral and hexahedral cells that have the characteristic of combining two types of meshes (ANSYS Fluent, 2021). The ANSYS Fluent (with Fluent Meshing) module was used for the configuration of the mesh, in which three poly - hexacore meshes were created and used to carry out the mesh independence and select the appropriate mesh for the calculation of the forward resistance. Finally, a scale model (1:4) of the vessel was built to determine the total resistance to the advance by means of tests in a hydraulic test channel. These tests were carried out in the test channel of the Almirante Padilla Naval Cadet School in the city of Cartagena, Colombia. The results obtained were validated with the use of computational tools (Maxsurf and Ansys Fluent).Publicación Acceso abierto Efecto de los parámetros de operación en la soldadura por fricción y agitación sobre la tenacidad a la fractura de la junta disímil de aleaciones aa6063-t6 y aa5052-h32(2023-02-24) Osorio Díaz, Marco Antonio; Unfried Silgado,Jimy; Franco Arenas, FernandoEn esta investigación se evaluó el efecto que tienen los parámetros de operación del proceso de soldadura por fricción y agitación sobre la tenacidad a la fractura de una junta disímil de aleaciones de aluminio A6063-T6 y AA5052-H32, con el fin de establecer información sobre el comportamiento de este tipo de uniones frente a la propagación de grietas. La experimentación siguió un diseño factorial de dos factores, con el cual se establecieron correlaciones entre la velocidad de rotación de la herramienta y la velocidad de soldadura, con la microestructura y tenacidad a la fractura. De acuerdo con lo anterior, se procedió a soldar las placas de aluminio, posteriormente se caracterizó la microestructura de las juntas soldadas y se realizaron mediciones de microdurezas, resistencia a la tensión y la tenacidad a la fractura, con las cuales se llevó a cabo la correlación entre la microestructura generada en las juntas con su comportamiento mecánico. Se hizo énfasis en el estudio de la tenacidad a la fractura de las juntas soldadas, determinando que la velocidad de rotación de la herramienta (𝜔 − rpm) y la velocidad de soldadura (𝑣 − mm/min) influyen significativamente sobre el comportamiento de la junta frente a la propagación de una grieta. Las combinaciones de velocidad (𝑅 = 𝜔⁄𝑣) que obtuvieron un mayor valor en la tenacidad fueron 900/30 y 1800/112 rev/mm, con 18,57 y 18,36 𝑀𝑃𝑎 ∙ √𝑚, respectivamente.Publicación Acceso abierto Validación de una máquina para fabricación de materiales compuestos mediante la técnica de moldeo por transferencia de resina con vacío asistido(2023-02-27) Pico González, Diego Raul; Unfried Silgado, JimyEn el departamento de Córdoba y las regiones aledañas existen grandes extensiones de cultivos agrícolas que generan residuos cuyo manejo se ha transformado en una problemática de diversas dimensiones. Uno de estos cultivos es el de la palma de coco, cuyo fruto posee un mesocarpio con gran cantidad de fibra lignocelulósica, la cual posee excelentes propiedades termomecánicas, ideales para uso como refuerzo en materiales compuestos. El proceso de moldeo por transferencia de resina consiste en la inyección de una resina polimérica al interior de un molde cerrado que contiene un material de refuerzo previamente colocado. La aplicación de fibras naturales, y en especial la fibra de mesocarpio de coco en este proceso ha sido muy poco estudiada debido a que existen limitaciones durante la alimentación de la resina como: la baja interacción fibra-matriz, deformación de las fibras, presencia de macro y microporosidades debida a la impregnación defectuosa de la resina entre las fibras. Por esta razón aún existen muchos interrogantes que no han permitido extender la utilización de fibras de mesocarpio en la fabricación de materiales compuestos con este tipo de tecnologías. En esta investigación se validó de forma experimental el diseño de un prototipo de máquina para fabricación de materiales compuestos reforzados con fibras de mesocarpio de coco en una matriz de resina polimérica mediante el proceso de moldeo por transferencia de resina por vacío asistido. Para ello se llevó a cabo una simulación por elementos finitos y el modelo de volumen de fluidos, las condiciones bajo diferentes parámetros en la cuales se desarrolla el proceso de moldeo por transferencia de resina con vacío asistido (VA-RTM) al interior de un molde rectangular para fabricar muestras de un material compuesto con matriz de poliéster de baja viscosidad reforzado con fibras extraídas del mesocarpio del coco. Como resultado se obtuvo el análisis del comportamiento del proceso de inyección y llenado de la resina dentro del molde en función de los parámetros del proceso y su correlación con la calidad de la pieza obtenida, con el fin de aproximar el tiempo del proceso y obtener propiedades mecánicas mejoradas de las piezas finales.Publicación Acceso abierto Efecto de la variación del contenido y la orientación de fibra en las propiedades mecánicas de un compuesto termoplástico reforzado con fibra de plátano obtenido mediante fabricación por filamento Fundido con impregnación in-situ(2023-02-27) Rivero Romero, Oswaldo; Unfried Silgado, JimyLos residuos provenientes de cultivos agroindustriales han mostrado ser fuentes interesantes de materia prima potencial para la obtención de materiales compuestos novedosos, ya sea como refuerzos de fibra o de partículas, lo que puede facilitar la posibilidad de mejorar a nivel socioeconómico la cadena de valor agroindustrial. Por tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto que tiene la variación del contenido y la orientación de fibra en las propiedades mecánicas de un material compuesto de matriz polimérica y refuerzo de fibra del pseudotallo del plátano aplicando la técnica de impresión 3D por fabricación de filamento fundido (FFF) con impregnación in-situ. Para ello, fueron evaluados parámetros de impresión para establecer una adecuada deposición del material compuesto, donde se encontró una la relación existente entre las velocidades de impresión y la velocidad de extrusión, minimizando así daños en la integridad física de la fibra, y generando volúmenes 3D de material termoplástico impregnado con fibra continua de plátano. Los resultados mostraron una tendencia a la disminución de la resistencia a tensión y flexión del material obtenido al variar el contenido y la orientación fibra, que respaldados con el análisis de varianza ANOVA mostraron un efecto significativo. Esto fue atribuido a las condiciones en la intercara entre los materiales, y a las características morfológicas del material de refuerzo utilizado.Publicación Acceso abierto Simulación multiescala de un Aluminio fisurado implementando un método que integre MD y FEM(Universidad de Córdoba, 2023-03-01) Pacheco Agámez, Miguel José; Velilla Díaz, Wilmer Segundo; Lancheros Suárez, Valery JoséForty percent of the applications of Aluminum are made in its pure composition. In addition, fine grain size at the nanoscale shows ultimate tensile strength (UTS) on a scale of GPA. However, coarse grain size shows a UTS on MPa. This investigation studied the implementation of a multiscale method that couples molecular dynamics simulation results with the finite element method to estimate continuum properties. Atom-to-Continuum (ATC) method used positions and interatomic forces estimated from molecular dynamics simulations. The embedded atomic method for Aluminum proposed by Medelev was implemented in the simulation of a uniaxial tensile test in mode I for different grain sizes. ATC used a localization function that calculates the contribution of forces and positions on the estimation of stress on a material point. Local stress values estimated on material points (nodes) were interpolated with the lineal shape functions of the mesh. The ultimate tensile strength was compared with Hardy’s formulation. Results from different grain sizes showed a similar behavior but high relative differences values with Hardy's formulation. In addition, the investigation showed that grain size influences the strength of cracked single-crystal Aluminum.Publicación Acceso abierto Evaluación de la factibilidad de un sistema de almacenamiento térmico con material de cambio de fase para cocinas solares parabólicas, con miras a la cocción de alimentos en el departamento de Córdoba, Colombia(Universidad de Cordoba, 2024-02-27) Cogollo Torres, Cristina Isabel; Martínez Guarín, Arnold Rafael; Mendoza Fandiño, Jorge Mario; Arango Meneses, Juan Fernando; Palacio Vega, Mario AndrésLa investigación se centró en evaluar la viabilidad de un sistema de almacenamiento térmico con material de cambio de fase (PCM) para cocinas solares parabólicas en el departamento de Córdoba, Colombia, con el objetivo de mejorar la eficiencia en la cocción de alimentos. Tras evaluar cuatro PCM mediante una matriz de ponderación, se concluyó que el ácido oxálico es la mejor opción para ser implementado como sistema de almacenamiento térmico. Posteriormente, se llevaron a cabo experimentos utilizando cocinas solares parabólicas equipadas con dispositivos de almacenamiento térmico en configuraciones de diferentes espesores (DAT 1 cm y DAT 2 cm). Los resultados indicaron que los dispositivos con PCM lograron mantener temperaturas del fluido de trabajo más estables, destacándose el DAT de 2 cm por su mayor estabilidad térmica. Además, se comparó el desempeño de las cocinas solares con y sin dispositivos de almacenamiento térmico, evidenciando que, si bien los recipientes de cocción convencionales superan ligeramente a los dispositivos de almacenamiento térmico en la absorción de calor, estos últimos ofrecen una capacidad de almacenamiento de calor y estabilidad térmica superiores. Se sugiere explorar métodos alternativos para medir el calor absorbido por los dispositivos de almacenamiento térmico, considerando la transferencia de calor al material de cambio de fase, para obtener mediciones más precisas y completas del rendimiento de las cocinas solares parabólicas.