F.D.A. Trabajos de Investigación y/o Extensión

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https://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/1371

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Diseño y construcción de un dispositivo absorvedor puntual tipo on-shore para estudio del potencial energético undimotriz en el departamento de córdoba
(2018-04-08) Ávila Díaz, César Iván; Herrera Medina, Manuel Alejandro
En Colombia las zonas no interconectadas eléctricamente con el sistema nacional representan aproximadamente el 32 % del territorio nacional, allí los habitantes pueden abastecerse de energía eléctrica mediante plantas generadoras, las cuales producen un fuerte impacto en el ambiente y fomentan una barrera significativa para el desarrollo en aquellas comunidades que no poseen los recursos para acceder a ellas. Una posible solución para esta problemática es el uso de fuentes de energías no convencionales o renovables, dentro de las cuales se encuentra la energía undimotriz, la cual utiliza como fuente las olas que se producen en la superficie del mar. Considerando que Córdoba cuenta con 124 km de costa, el presente trabajo pretende sentar un precedente en la investigación de este recurso en el departamento, generando conocimiento en las energías alternativas obtenidas del mar y continuando con el debate producido acerca de esta energía en Colombia. Lo anterior diseñando y construyendo con base en la teoría hidrodinámica para convertidores de energía undimotriz y normas ingenieriles, un dispositivo absorbedor puntual tipo on-shore capaz de transformar la energía potencial de las olas en electricidad para cuantificarla, validando su funcionamiento en el laboratorio de hidráulica y mecánica de fluidos de la Universidad Nacional de Colombia sede Medellín. Se concluyó que la potencia máxima producida por el dispositivo fue de 5.16 W con una altura de 0.3 metros y un periodo de 3.5 segundos, luego con los datos propios del −1 departamento se calculó que teóricamente existen 1058.4 Wm de potencial energético undimotriz aprovechables, de los cuales con el dispositivo diseñado en el presente trabajo se podrían obtener cerca de 7.204 W, demostrando que las investigaciones concernientes a la energía undimotriz pueden ofrecer a futuro una posible solución para problemas energéticos en el país. Al finalizar se hacen recomendaciones para futuros dispositivos con base en las observaciones hechas a lo largo del desarrollo del proyecto.
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Caracterización de las fibras de capacho de maíz (Zea Mays) como material de refuerzo alternativo para el concreto mediante ensayos mecánicos
(2018-04-08) Causil Villalba, Robinson Daniel; Guzmán Mestra, Víctor Alfonso
En esta investigación, se evaluaron propiedades químicas y mecánicas de fibras de capacho de maíz por medio de análisis próximo, análisis elemental y ensayos de tensión conforme a la norma ASTM C 1557 (2014), utilizando dos tipos de tratamientos de preparación conocidos como hidróxido de calcio y parafina. Adicionalmente, conforme a la norma ASTM C39/C39M (2014), se evaluó la resistencia a compresión de probetas de concreto reforzado con estas fibras con porcentajes en volumen de 0,5; 1,0 y 1,5 %, longitudes de 20 y 50 mm y los dos tratamientos de preparación anteriormente mencionados para 3, 7 y 28 días de curado. Se encontró que las fibras están constituidas principalmente de carbono y oxígeno y su poder calorífico estuvo alrededor de 16600 KJ/Kg. El tratamiento con hidróxido de calcio aumentó el módulo de Young de las fibras. Además, se encontró que a mayores porcentajes de fibras en el concreto disminuye la resistencia a compresión, encontrando que para un porcentaje de 0,5 % de fibras la resistencia se mantiene igual a la del concreto sin adición de fibras.
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Resistencia al desgate abrasivo de un recubrimiento duro aplicado por soldadura eléctrica de arco revestido
(2018-04-08) Vidal Carlo, Francisco Antonio; Hoyos Arteaga, Néstor Segundo
Se evaluó la resistencia al desgaste abrasivo de un recubrimiento duro West Hard 70 teniendo en cuenta el catálogo de soldaduras especiales West Rode, mediante la aplicación de tres capas de recubrimiento sucesivas en dos placas de acero ASTM A36 utilizando el proceso de soldadura eléctrica de arco revestido SMAW. La superficie del recubrimiento fue analizada por medio de microscopia óptica, medidas de microdureza, análisis cualitativo de EDS y por difracción de rayos X. La resistencia al desgaste fue medida en una máquina de desgaste abrasivo a tres cuerpos bajo norma ASTM G65 siguiendo el procedimiento A. Los resultados mostraron que el recubrimiento es una aleación hipereutéctica formada por una matriz bifásica de martensita y carburos alargados eutécticos junto con carburos hexagonales proeutécticos. Ambos carburos son tipo M7C3, ricos en Hierro y Cromo. Los resultados de desgaste abrasivo mostraron que el recubrimiento es aproximadamente 3,1 veces más resistente que un acero de herramienta AISI D2.
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Efecto de la temperatura de revenido en la microestructura y en las propiedades mecánicas del acero AISI 4140
(2018-04-08) Viloria Rivas, Luis Carlos; Bohórquez Petro, Luis Fernando
Muestras del acero AISI 4140 fueron templadas y revenidas a cinco temperaturas diferentes con el objetivo de evaluar el efecto de la temperatura de revenido en la microestructura y en los esfuerzos últimos, límite elástico, dureza, tenacidad, resiliencia entre otros. Se verificó la composición química del acero usando espectrometría de emisión óptica. La microestructura del acero antes y después de los tratamientos térmicos se evaluó a partir de microscopía óptica y medidas de dureza en escala Rockwell C. Se determinaron propiedades mecánicas a partir de curvas de esfuerzo normal en función de la deformación unitaria obtenidas en ensayos de tensión acorde a la norma ASTM E8. Los resultados de espectroscopia de emisión óptica confirmaron que la composición química del acero utilizado en esta investigación corresponde al acero AISI 4140. La microestructura en estado de entrega está constituida por martensita revenida en forma de ripas, microestructura típica de un acero de medio carbono templado y revenido. La microestructura obtenida para las temperaturas de revenido está constituida por martensita revenida y carburos posiblemente de hierro tipo Fe3C. La dureza disminuyó con el aumento de la temperatura de revenido. El revenido a diferentes temperaturas modifico fuertemente las propiedades mecánicas del acero AISI 4140.
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Evaluación del rendimiento energético del biogás de estiércol bovino empleando la tecnología mci en ciclo otto y diésel para la generación de potencia en el departamento de Córdoba
(2018-04-08) León Mejía, Jorge Mario; Novoa Posada, Andrés Luis
Debido a la contaminación que generan los combustibles fósiles y el alto número de zonas no interconectadas (ZNI) a la red eléctrica en Colombia, el uso de energías renovables como la eólica, solar, biomasa, entre otras, van cada vez en aumento, con el fin de mitigar la contaminación que produce la energía eléctrica y los gases de efecto invernadero que se dan a partir de la quema de los combustibles convencionales. El departamento de Córdoba es uno de los mayores productores de ganado bovino del país; con esta información se ratifica y sustenta la gran producción de estiércol bovino que existe en el departamento y que en la actualidad no es aprovechada, lo cual posibilita la explotación al producir biogás. En este sentido, el presente proyecto tiene como objetivo “evaluar el rendimiento energético del biogás obtenido de estiércol bovino en el departamento de Córdoba”, para la producción de energía eléctrica. Para el desarrollo del proyecto se realizó un pronóstico de la cantidad futura de estiércol bovino y del biogás que se podría obtener de éste, entre los años 2015 y 2025, empleando el modelo matemático de suavizamiento exponencial doble y tomando datos del censo pecuario realizado por el Instituto Colombiano Agropecuario (ICA), de las cabezas de ganado bovino de los años 2005 al 2014 en el departamento, con lo cual se determinó un pronóstico de 8.685.219 Ton anuales de estiércol y 1.125 millones de m³ de biogás. Para esta investigación, las características termoquímicas, el análisis próximo y último del biogás y del estiércol fueron tomados como referentes teóricos. A partir de los cuales se realizó una simulación utilizando el software Aspen Hysys v7.2 en el cual se modelaron los ciclos Otto y Diésel, a partir del trabajo con biogás de estiércol bovino, generando una potencia de 279,5 MW con una eficiencia de 52,96 % para ciclo Otto y 217,4 MW de potencia con 41.19 % de eficiencia para ciclo Diésel. A esta simulación se le hizo un análisis de sensibilidad con el fin de observar la influencia de las variables de entrada con respecto a las variables de salida y así optimizar cada ciclo en aras de mejorar el rendimiento; con lo cual se obtuvo una potencia máxima de 289,7 MW con una eficiencia de 54,54 % para ciclo Otto y 220,3 MW de potencia con 41.74 % de eficiencia para ciclo Diésel. Así mismo, se realizó un análisis de costo de la tecnología MCI en ciclo Otto y Diésel, con el objetivo de establecer parámetros económicos para una posible implementación en el departamento de Córdoba. Se calcularon los costos de generación, los costos totales de inversión, operación y mantenimiento, además de los costos de los equipos que conforman el sistema de integración energética con la capacidad requerida, también se calcularon los costos de las variables que afectan una posible operación de la planta. Se determina una ubicación viable de la planta gracias al método matemático de centro de gravedad arrojando una posición geográfica de latitud (8,643791561) y longitud (-75,72574505) que mostró un punto exacto en la vereda el Pozón perteneciente al municipio de San Carlos, Córdoba.
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Evaluación térmica y experimental de un banco de Intercambiadores de calor de tubo y coraza utilizando Gases provenientes de la combustión de pellet de mezcla de Biomasa y flujo agua en configuración variable
(2018-04-08) Martín Peña, Miguel Leonardo; Reza Morales, Oscar David
Este trabajo de investigación está desarrollado en el campo de la termodinámica, específicamente en el área de transferencia de calor. Consta de cinco partes, la primera se compone del diseño y construcción de un banco de intercambiadores de calor compuesto por un combustor de pellets, un sistema de circulación de agua y otro de circulación de gases de combustión; de configuración ajustable según las posiciones para los intercambiadores, el equipo tiene una línea de precalentamiento y otra de calentamiento para tres intercambiadores. En la segunda parte se desarrolla la optimización de una batería de mezclas de biomasas residuales de cultivos de la región (Algodón, Ajonjolí, Arroz, Maíz y Coco) a través del software estadístico Minitab 17, para proceder a la tercera parte del proyecto que consta de la elaboración y fabricación de los pellets. La cuarta parte se compone de la puesta en marcha de 30 pruebas, obtenidas entre el cruce de las 5 mezclas optimizadas y los 6 montajes posible; con el fin de obtener los datos necesarios para la realización de un análisis de las eficiencias de las configuraciones evaluadas, se desarrolló de una interfaz gráfica y un código de programación en el software EES (Engineering Equation Solver) partiendo de las ecuaciones necesarias para el cálculo de las eficiencias de las pruebas. Finalmente se presentan resultados de propiedades y parámetros de transferencia de calor y se muestra el montaje con mayor rendimiento a partir de la comparación de graficas de efectividad de cada montaje.
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Diseño de un equipo portátil de perforación de suelos humiferos y mixtos de hasta 100 metros de profundidad
(2018-04-08) Uribe Jiménez, Álvaro Javier; Padilla Mestra, Jorge Luis
Se diseñó un equipo perforador de suelos, con el propósito de ofrecer una alternativa para la perforación de pozos para la obtención de agua subterránea (acuíferos) en lugares donde este recurso es escaso y no hay otras alternativas de consecución del líquido. Se seleccionaron y calcularon elementos mecánicos, especificando el material del que están hechos cada parte. Estos son entre otros: ejes, tornillos, rodamientos, sellos, tubería de perforación para obtener cada componente de la máquina. En la parte hidráulica se realizó el circuito de funcionamiento del equipo. Se calculó y seleccionó cada componente oleohidráulico de este circuito como bombas, motores, válvulas, mangueras, aceite hidráulico que cumpliera con las respectivas condiciones de caudal y presión de trabajo. También se usó el software SolidWorks 2016 en el que se simularon los elementos de la máquina de acuerdo a las cargas a las que serán sometidos establecidas en los cálculos de diseño. Además, se calculó y simulo las soldaduras necesarias para la fijación de los miembros estructurales. Los parámetros con los que se inició el diseño del equipo son: resistencia mecánica del suelo de 10 MPa, diámetro del barreno de perforación de 4 pulgadas, profundidad de la perforación de 100 metros. La fuente de potencia del equipo perforador será un motor de combustión interna cuyo eje se acopla al de la bomba, la cual hará circular el aceite hidráulico a través del circuito.
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Diseño y construcción de un prototipo para ensayo de velocidad crítica en ejes
(2018-04-08) Peñata Sánchez, Hariel Adolfo; Villada Gutiérrez, Jaime Andrés
El presente proyecto tuvo como objetivo diseñar y construir un prototipo de carácter académico para realizar ensayos de velocidad crítica, en ejes de sección uniforme, como una estrategia de aprendizaje en el área de diseñó del programa de ingeniería mecánica de la Universidad de Córdoba; lo que a su vez, se convierte en una alternativa económica para que otras universidades de la región, las cuales ofertan el programa de ingeniería mecánica fortalezcan sus procesos de aprendizaje por medio de este tipo de prácticas. El prototipo se desarrolló con base en modelos comerciales, fabricados por compañías extranjeras y por prototipos construidos en otras universidades del país. Para este diseño se tuvo en cuenta la teoría de velocidad crítica en ejes, rodamientos y elementos de sujeción (tornillos y pernos) plasmados en el libro “Diseño en ingeniería mecánica de Shigley” de igual manera se utilizó un software de diseño “Solidworks” para la realización de simulaciones estáticas de carga y frecuencia. La validación se realizó comparando los datos entregados por el vibrómetro y tacómetro, a cierta frecuencia, con el resultado del cálculo teórico. El presente documento cuenta con 6 capítulos en donde se expone cada una de las etapas que llevaron a la construcción del prototipo logrando asi los objetivos planteados inicialmente y aportando nuevas herramientas de enseñanza las cuales podrán ser usadas como base en futuras investigaciones.
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Diseño y construcción del prototipo de un sistema de suspensión parcial de peso corporal para rehabilitación física
(2018-04-08) Cortez Mestra, Amaury Andrés; Berrocal González, Miguel José
El presente trabajo corresponde al diseño y construcción del prototipo de un dispositivo de suspensión parcial de peso corporal para rehabilitación física, el cual permite a pacientes con discapacidad para caminar, iniciar terapias de recuperación en etapa prematura. El dispositivo fue diseñado para adaptarse a diferentes estaturas y pesos de pacientes y ser utilizado con distintos equipos complementarios de ayuda en rehabilitación de la marcha. Para obtener los objetivos propuestos se implementó una metodología que abordo inicialmente la selección de parámetros preliminares, seguidamente bajo criterios de diseño de máquinas, resistencia de materiales y utilizando el software SolidWorks 2016 se desarrolló el diseño. A partir de este se llevó a cabo la construcción y ensamble del dispositivo utilizando distintos procesos de manufactura. Finalmente, se comprobó que cada componente funcionará adecuadamente y se evaluó el equipo suspendiendo pacientes con distinto peso y estatura, se evaluó el estado fijo y móvil, simultáneamente se cuantificó de manera precisa la carga soportada por el paciente a medida que realizó la terapia, utilizando un dinamómetro digital. Se hizo seguimiento de estos pacientes durante dos meses para evidenciar las mejoras en ellos gracias a la utilización del equipo. El dispositivo obtenido ofrece prestaciones similares a los que se encuentran actualmente en el mercado.
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Evaluación del efecto causado por la oxigenación de la mezcla aire-combustible en las prestaciones de un motor ciclo otto convertido a gas natural en la ciudad de montería
(2018-04-08) López Argumedo, Luis Andrés; Tapia Agámez, Carlos Alberto
El presente trabajo de grado, fue llevado a cabo con el fin de evaluar el efecto que tiene la oxigenación de la mezcla aire combustible, en la potencia y las emisiones de un motor ciclo Otto, convertido a gas natural vehicular (GNV). Para el estudio, se convirtió un motor mono cilíndrico con un volumen de desplazamiento de 163 CC, el cual, se encuentra acoplado a un generador eléctrico de la marca Bauker es GG2800. Para convertir el motor a un sistema de alimentación bicombustible Gasolina-GNV, se empleó un kit de conversión especial, compuesto por un regulador de presión de tres etapas, un cilindro de almacenamiento, tubería de alta presión y una electroválvula de gasolina; estos elementos permitieron el uso del motor con gasolina o con GNV de manera independiente, siendo esto la característica fundamental de los motores bicombustibles. En relación a la oxigenación, se usó un cilindro y un regulador de caudal, para controlar el flujo de oxígeno adicional suministrado en la admisión de aire del motor, con el fin de establecer la potencia y las emisiones obtenidas en cada variación de oxígeno proporcianada al motor. La potencia se midió de manera indirecta, a través de un banco de resistencias eléctricas, que consumían la corriente entregada por el generador. Para medir las emisiones producidas por el motor, se empleó un analizador de gases de la marca Brain Bee AGS 688, perteneciente al Taller de Conversión Centro Gas, ubicado en la ciudad de Montería. En el estudio se encontró que después de la conversión, el motor experimenta una pérdida de potencia alrededor del 53 % cuando es accionado con GNV, sin embargo, a través de la oxigenación la potencia del motor cuando usa gas natural, puede ser aumentada hasta un 10 %. En lo relacionado con las emisiones, al utilizar GNV se encuentra una reducción del 79 y 13 %, para el CO y los HC respectivamente, evidenciando los efectos menos nocivos que causa al ambiente, el GNV en comparación a la gasolina. El incremento de potencia pudo obtenerse, a partir de un flujo de oxigeno adicional de 4 LPM, produciendo emisiones que cumplen con la normatividad vigente y por debajo a las generadas con gasolina (79 CO y 17 % HC por debajo).
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Diseño y construcción de un vehículo de tracción humana (VTH) para desplazamiento sobre el rio sinú y rutas pavimentadas de la ciudad de montería
(2018-04-08) Aguirre Rojano, Harold Darío; Pinedo Fuentes, Sebastián Manuel
Este documento describe el proceso de diseño, construcción y evaluación de un vehículo de tracción humana para el desplazamiento sobre el río Sinú y rutas pavimentadas de la ciudad de Montería, como una alternativa de transporte que ayude a mitigar los problemas de contaminación y explore vías alternas de transporte como el río Sinú. El diseño del VTH se realizó implementando la metodología DFMA para la reducción de la complejidad de las piezas y ensambles. Se establecieron las condiciones de cargas máximas sobre el chasis para el análisis de los esfuerzos producidos utilizando el método de elementos finitos. La geometría del casco se estableció a partir de embarcaciones de similares dimensiones y se modificó para que se ajustara a la forma del chasis y permitiera tanto flotabilidad como estabilidad del vehículo. Además de ser evaluada a través de un análisis CFD. La capacidad del vehículo de desplazarse sobre el río Sinú y carreteras pavimentadas como una alternativa de transporte se evaluó en rutas de la ciudad de Montería, sobre agua estática, el caño de Aguas Prietas del municipio de Ciénaga de Oro y en el río Sinú. Se obtuvieron resultados de velocidades máximas de 1.46 m/s en el agua y de 25.3 km/h en la tierra sin que se presentaran problemas de estabilidad. Además, la complejidad del conjunto del VTH se situó en 37.06 siendo la menor entre los diseños construidos anteriormente en la Universidad de Córdoba con los que se comparó.
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Diseño y construcción de una impresora 3d de gran formato con tecnología de fabricación con filamento fundido (FFF) tipo CORE-XY basada en arduino
(2018-04-08) Aycardi Salgado, Luis Carlos; Tuirán Moreno, Humberto José
La tecnología de impresión 3D hasta hace algunos años era destinada exclusivamente para uso industrial. Con el desarrollo de esta tecnología se han minimizado los costos y se han diseñado equipos que están al alcance de cualquier empresa. Hay una creciente tendencia de usar la impresión 3D en los mercados de consumo, debido a que estas mejoran considerablemente los tiempos de entrega. En este trabajo se diseñó y construyó una máquina de impresión 3D tipo CoreXY basada en Arduino con tecnología de fabricación con filamento fundido (FFF) para la empresa 3D design, engineering and architectural models (3Deam) con sede en Montería. La máquina tiene como fin ser capaz de realizar impresiones con un volumen de hasta 0,16 m^3 que permita el modelado de maquetas y prototipos con el nivel de precisión y detalle requerido en estos productos. La máquina se diseñó teniendo en cuenta los requerimientos de la empresa. Partiendo de esto, se seleccionó la tecnología de impresión 3D FFF, se determinó el tipo de extrusor y una resolución de trabajo. Se emplearon criterios de diseño de máquinas para la selección de materiales, diseño de ejes, tornillos de potencia, sistemas de transmisión por bandas y poleas, selección de cojinetes, entre otros. La máquina es controlada por un sistema electrónico manejado por un Arduino Mega 2560. Mediante el uso del software SolidWorks se realizaron simulaciones de carga a las estructuras y ejes para verificar los esfuerzos a los que están sometidos y otros parámetros importantes para el diseño como la flexión. Los resultados mostraron que los esfuerzos se encontraban por debajo del límite elástico del material utilizado y las deflexiones fueron de 0,068 mm que eran los parámetros permitidos establecidos para el diseño de la máquina. Con el diseño final se obtuvo una máquina con una capacidad de impresión de 0,15 m^3; capaz de realizar piezas con una tolerancia dimensional de ±0,44 mm.
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Diseño y construcción de una máquina de ensayos de fatiga bajo la norma ASTM E466 para el laboratorio de materiales y procesos de la universidad de córdoba
(2018-04-08) Rosso Talaigua, Carlos Mario; Cogollo Bello, Daniel José
El presente documento tiene como finalidad mostrar los resultados del trabajo de grado denominado diseño y construcción de una máquina de ensayos de fatiga usando el método de viga rotativa con carga en voladizo y la implementación en ensayos sobre el acero bajo la norma AISI 4140 en estado de entrega. Para formar el diseño inicial de la máquina, se determinaron parámetros iniciales tomando como referencia los lineamientos establecidos por la norma ASTM E466 y el esfuerzo último del material a ensayar. Se efectuaron los cálculos de los elementos identificados, de acuerdo al método tradicional o mediante el uso de los programas SolidWorks 2015 y MDSolids 3.5 en su versión de prueba. Luego se procedió con la construcción y ensamble de estos componentes mediante el uso de herramientas de procesos y manufactura. Los ensayos de fatiga se llevaron a cabo, teniendo en cuenta que de acuerdo a la carga aplicada se registraban los ciclos correspondientes en que ocurría la falla o se daba por terminada la prueba. La frecuencia de cambio de esfuerzos es 60 Hz y una rugosidad máxima en la superficie de las probetas de 0,2 µm (Ra), los ensayos fueron realizados a temperatura ambiente. Se hizo un análisis de los datos obtenidos de acuerdo a la norma ASTM E739 para determinar la ecuación de resistencia a la fatiga, el límite de resistencia a la fatiga y formar el diagrama de esfuerzo contra logaritmo de ciclos (S-log N). Se determinó que la carga máxima a la que puede operar la máquina es de 630 N y que experimentalmente el límite de resistencia a la fatiga del acero AISI 4140 templado y revenido es de 484 MPa aproximadamente, comparado con la teoría presenta un error del 5,99 % y con otros autores del 6,19 %.
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Estudio del efecto en las propiedades mecánicas del concreto simple reforzado con fibras de tereftalato de polietileno (PET) y polipropileno (PP)
(2018-04-08) García Galindo, Ángel Andrés; Hernández Sánchez, Wilmer Andrés
En este estudio, se evaluaron propiedades físicas y mecánicas de fibras de tereftalato de polietileno (PET) y polipropileno (PP), a través de determinación de la densidad y ensayos de tensión acorde a la norma ASTM D882 (2012). Encontrando que las fibras de PET presentaron una mayor relación resistencia peso que el PP. Posteriormente, se realizó un diseño de mezcla de concreto para una resistencia última de 17.23 MPa, y se adicionó fibras de PET y PP, reemplazando porcentajes en volumen de 0.5; 1.0; 1.5 y 2.0 % sobre el volumen total del agregado fino, con el fin de analizar el efecto que tiene la adición de fibras en la resistencia a compresión y parámetros mecánicos de flexión para muestras con una edad de curado de 3, 7 y 28 días, de acuerdo a las normas ASTM C39/C39M (2014) y ASTM C293(2016) respectivamente, con el propósito de compararlas con muestras sin adición de fibra. Luego de los ensayos de compresión, se encontró que a mayor porcentaje de fibra adicionada a la mezcla de concreto, la resistencia a compresión disminuía, obteniendo la menor caída de resistencia a compresión para el grupo de muestras con adición de fibra de 0.5 % de PET y 0.5 % de PP. Asimismo, después de los ensayos de flexión a tres puntos, se encontró que las muestras con 0.5 % de fibras de PET y 0.5 % de fibras de PP registraron las menores caídas en el valor de carga de rotura y módulo de elasticidad en flexión. Finalmente, se observó que la presencia de fibras en la matriz de concreto, ayuda a mantenerla unida después de ocurrida la falla.
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Análisis exergoeconómico de la gasificación de tusa de maíz empleando vapor de agua como agente gasificante, integrado a un sistema de generación de potencia
(2018-04-08) Rhenals Julio, Jesús David; Torres Montes, Mario Luis
El presente proyecto tiene como objetivo brindar un soporte técnico para la implementación de una planta de gasificación de tusa de Maíz con vapor de agua como agente gasificante para generación de energía eléctrica en el departamento de Córdoba, planteando una alternativa de aprovechamiento para este recurso agroindustrial, generando energía de tipo renovable que puede ser utilizada en el sector industrial, zonas no interconectadas (ZNI) o en el sector residencial, promoviendo el desarrollo sostenible al reducir la carga contaminante que generan las centrales eléctricas convencionales. La alternativa planteada es evaluada mediante la teoría termoeconómica funcional con la ayuda de un modelo de la planta desarrollado en Aspen HYSYS v.8.0. Inicialmente se estudió la disponibilidad futura de la biomasa por medio de la técnica de suavizamiento exponencial simple, para ello se utilizaron los históricos de producción manejados por Fenalce de 2003 a 2013, obteniendo una producción promedio anual de 42642,69 ton/año, además también se determinaron los principales municipios productores los cuales se reparten el 83 % de la producción del grano. Con el fin de conocer propiedades que intervienen en el proceso de gasificación, se caracterizó la biomasa por medio de análisis próximo, análisis último y ensayo de poder calorífico, obteniendo una fracción de material volátil para la biomasa de 65,23 % y una fracción de carbono fijo de 16,54 %, lo cual indica buenas propiedades para ser gasificada. Además, se determinó que la tusa tiene un poder calorífico inferior de 13,53 MJ/kg. Luego se procedió con la simulación del sistema en el software Aspen HYSYS obteniéndose un modelo estacionario formado por cinco subsistemas, obteniéndose inicialmente un gas con poder calorífico de 12,41 MJ/kg, el cual generó un sistema de una potencia de 10,1 MW. Posteriormente se calcularon las exergías de cada línea de flujo para con ello realizar el cálculo de los costos exergoeconómicos, donde se obtuvo un costo de generación de 115,02 COP/kWh. Luego, considerando un precio de comercialización de 389,69 COP/kWh se calculó una tasa interna de retorno de 65,75 % para 20 años, lo que indica que el proyecto es viable económicamente. Se debe tener en cuenta que el análisis de costos se hizo basado a un modelo de ingeniería básica, lo que indica que los costos calculados son tipo III y por lo que se tiene una incertidumbre del 15 %. Finalmente se realizó un análisis de sensibilidad con el fin de conocer la influencia de las variables de entrada sobre las variables de salida y así realizar una optimización del sistema con base a la metodología RSM, dicho proceso se llevó a cabo en Statgraphics Centurion XVI planteándose un modelo de regresión cubico y obteniéndose así las condiciones óptimas de funcionamiento del sistema, donde se obtuvo una potencia generada máxima de 10,55 MW, un costo de generación de 113,93 COP/kWh y una eficiencia exergética de 45,8 % y con estos nuevos valores se obtuvo una TIR de 68,71 %. Además, se determinó el impacto del tamaño de planta sobre el costo de generación y la TIR, determinándose que el tamaño mínimo para el que el sistema sea rentable es 770 kW y se obtiene con un flujo másico de entrada de 360 kg/h.
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Aplicación de la metaheurística cromática al problema de secuenciación de proyectos con recursos limitados (RCPSP)
(2018-04-10) Hernández Fuentes, Fausto Javier; Poveda Gulfo, Juan Sebastián
Desde un punto de vista más amplio, se considera al RCPSP como un problema de optimización combinatoria, debido a que se pueden codificar soluciones factibles mediante la combinación de las actividades que comprende el proyecto, o por decirlo de otra manera, mediante el intercambio de las posiciones en el orden de las actividades. Además puede catalogarse como un problema de naturaleza NP-hard (Blazewicz, Lenstra, & Rinnooy Kan, 1983), ya que para encontrar la solución óptima se requieren un tiempo considerable de procesamiento. Estos resultados obtenidos en tiempo no polinomial se perciben en proyectos de 30 actividades en adelante. Esta situación hace poco práctica la resolución del RCPSP a través de técnicas exactas, por ello se utilizan las metaheurísticas como una metodología de nivel superior que facilitan la obtención de soluciones satisfactorias para esta categoría de problemas. Numerosos autores en el tema han utilizado diferentes enfoques metaheurísticos clásicos como algoritmos genéticos, recocido simulado, búsqueda tabú, entre otros. Actualmente se está abordando el problema RCPSP a través de nuevas metaheurísticas como optimización por enjambre de partículas, colonias de hormigas, o combinaciones de todas las anteriormente mencionadas. En esta oportunidad, el medio que utilizaremos para llegar a la resolución del RCPSP será una nueva metaheurística llamada Cromática inspirada en la escala cromática de las notas musicales. Esta metaheurística es un método de optimización combinatoria basado en un algoritmo de búsqueda que hace una relación con las diferentes maneras con las que un músico u artista realiza y escoge la melodía más apropiada para una pieza musical, a partir de la combinación de distintas notas musicales de la escala cromática. Así mismo este procedimiento se puede aplicar al RCPSP para escoger la mejor secuencia del proyecto a partir de las posibles combinaciones de sus actividades respetando ciertos parámetros establecidos. Posteriormente a la obtención de resultados mediante la aplicación de la metaheurística cromática al Problema de Secuenciación de Proyectos con Recursos Limitados, se procederá a realizar una comparación de estos con los resultados de otros algoritmos como el genético, la búsqueda tabú y el recocido simulado, en el mismo problema, para medir la propia eficiencia.
Acceso abierto
Escape Strategies Algorithm (ESSA) Un nuevo algoritmo meta heurístico de optimización global para problemas de variable real, inspirado en la interacción depredador-presa
(2018-04-10) Mendoza Villalba, Mario Alberto
El reto de mejorar las técnicas de optimización sigue siendo, hoy más que nunca, un tema que reviste gran relevancia en múltiples campos de la ciencia y la ingeniería, pues, cada día surgen más problemas que requieren el uso de diversos métodos de optimización; además, la complejidad de los modelos aumenta a medida que los sistemas se complejizan, obligando esto a que las técnicas de solución tengan que ser cada vez más eficientes; es por ello que el desarrollo de nuevos métodos aproximados (heurísticas y meta heurísticas) ha proporcionado una importante alternativa en la solución de problemas de gran complejidad por su versatilidad, aplicabilidad y eficiencia. Asimismo, el presente trabajo propone un nuevo algoritmo meta heurístico de optimización global llamado ESCAPE STRATEGIES ALGORITHM (ESSA), inspirado en la interacción entre depredador y presa, y en como las presas tratan de evadir al depredador; el cual se prueba en funciones reales, comparándolo con meta heurísticas de codificación real ampliamente referenciadas en la literatura en la literatura, obteniendo (ESSA) una calidad de respuesta igual o mejor en sus soluciones para un tiempo estándar en múltiples instancias de prueba, además de igualar en puntaje típico estandarizado a los mejores algoritmos de comparación y superando a varios de los más citados. Adicionalmente, el análisis descriptivo evidencia que, en efecto, ESSA es el algoritmo que resultó vencedor en el mayor número de instancias de prueba.
Acceso abierto
Diseño y construcción de un molino de bolas para la pulverización de arcillas en el laboratorio de materiales y catálisis de la Universidad de Córdoba
(2018-04-10) Dueñas Reyes, Jesús David; Vladimir Elías, González Ballesteros
El presente proyecto realiza el diseño y construcción de un molino de bolas con el objetivo de brindar al laboratorio de Materiales y Catálisis de la Universidad de Córdoba, una solución funcional y rápida al proceso de pulverización manual de arcilla seca que venían efectuando, para fines de ser usada en la realización de prácticas de caracterización. Esta solución se desarrolló mediante la ejecución de tres etapas encaminadas hacia la ejecución de los objetivos planteados. En una primera etapa se logró obtener los parámetros iniciales mediante entrevistas realizadas al coordinador del laboratorio de Materiales y Catálisis de la Universidad de Córdoba con el fin de definir las especificaciones de entrada y salida del diseño. La segunda etapa consistió en hacer uso de la revisión literaria necesaria para lograr diseñar los elementos mecánicos y determinar los parámetros de operación que componen el molino de bolas. Finalmente se llevó a cabo la construcción y posterior prueba funcional del prototipo mediante ensayos experimentales. Con la construcción del dispositivo se logró minimizar los tiempos de producción de arcilla pulverizada en un 98.5% con respecto a la proceso manual empleado en el laboratorio de Materiales y Catálisis de la Universidad de Córdoba, además de ello duplicó la cantidad de material pulverizado, logrando así aumentar la realización de prácticas de caracterización de arcilla en el laboratorio de Materiales y Catálisis de la Universidad de Córdoba 15 ensayos más de lo habitual, llegando a un total de 20 ensayos por periodo académico. Este proyecto se desarrolló logrando el cumplimiento de los objetivos planteados de manera exitosa, realizando una contribución a la comunidad universitaria e incentivando a nuevas investigaciones en lo que a la arcilla se refiere.
Acceso abierto
Diseño y construcción de un prototipo mecánico para desarraigar una planta de yuca
(2018-04-10) Gómez Correa, Herberth Luís; Osorio Díaz, Marco Antonio
El presente proyecto de investigación tuvo como finalidad realizar, bajo criterios de diseño de máquina, el diseño y la construcción de un prototipo mecánico para desarraigar plantas de yuca, buscando con ello disminuir el esfuerzo físico, el tiempo de extracción y la cantidad de daño que sufre el tubérculo en el proceso. Para cumplir con los objetivos planteados, se siguió una metodología en la que primero se analizaron los antecedentes para conocer los métodos tradicionales que se utilizan para esta labor, luego se hicieron pruebas para determinar la fuerza máxima que se necesita para arrancar matas de yuca en la zona estipulada y se determinaron los parámetros físicos del prototipo considerando el tipo de trabajo que se iba a realizar, teniendo estos parámetros se seleccionaron los materiales más adecuados para la construcción, y con la ayuda del software CAD SOLIDWORKS® 2015 se realizaron varios modelos y se seleccionó el que presentaba mejores característica para la labor. Siguiendo con lo anterior, se realizaron los cálculos de cada una de las piezas y por medio de una representación esquemática se procedió a la construcción y el ensamblé de cada una de estas. Al terminar la construcción del prototipo se llevó a cabo la evaluación y validación de este, con el fin de observar el desempeño del dispositivo en los diferentes suelos, por último, se realizaron las conclusiones con base a los objetivos planteados.
Acceso abierto
Elaboración de biocombustibles sólidos densificados a partir de tres biomasas residuales, tres tipos de bioaglomerante y carbón mineral del departamento de Córdoba
(2018-04-10) Berastegui Barranco, Cristian; Ortega Rodríguez, Juan Pablo
La realidad actual de nuestro contexto exige crecientemente el uso de fuentes de energíarenovables, que impulsen el desarrollo de nuestra sociedad, de una manera limpia, eficiente y sostenible; La biomasa es sin duda, una de las fuentes de energía renovables de mayor relevancia en la actualidad, debido a sus importantes propiedades energéticas y medioambientalmente amigables, sin embargo la baja densidad que esta posee, representa el principal inconveniente para un aprovechamiento energético en estado sólido. Ésta investigación tuvo como objetivo, establecer las mezclas óptimas en la elaboracion de biocombustibles sólidos densificados (briquetas), a partir de tres biomasas residuales agroindustriales, como son, la tusa de maíz, cascarilla de arroz y residuos de algodón, adicionando carbón mineral y tres bioaglomerantes, con el fin de lograr un mejoramiento de las condiciones de transporte y almacenamiento de la biomasa, evaluando propiedades como la resistencia a la compresión y durabilidad en las briquetas. Además, mejorar el potencial energético de la biomasa en estado natural, conservando un bajo porcentaje de azufre. Con base en esto, la primera fase del proyecto la conforma el estudio preliminar y la adquisición de los tres tipos de biomasa, los tres bioaglomerantes y el Carbón mineral, seguido del acondicionamiento previo a la densificación, fase en la que se realiza la reducción granulométrica, análisis granulométrico, análisis elemental y próximo, lo que permite establecer las características fisicoquímicas de la biomasa y el carbón mineral. Luego, se definen los rangos de concentración en masa de cada uno de los factores en la mezcla biomasa-carbón-aglomerante, para así desarrollar un diseño experimental, que permita obtener una batería de ensayos, mediante la cual se estudió la interacción de los xvi tres factores antes mencionados. También, se definen las dimensiones y forma de las briquetas, para iniciar la densificación de las mezclas utilizando un equipo de compactación (briquetadora). En última instancia, se realizó las pruebas de durabilidad y resistencia a la compresión en las briquetas, seguido del análisis de resultados. Los resultados obtenidos en el estudio, muestran que se encontraron las mézclas óptimas, para briquetas a base de tusa de maíz, con porcentaje de aglomerante de 5%, biomasa de 68 a 71% y carbón mineral de 24 a 27%, así mismo, se logró aumentar el poder calorífico de la briqueta hasta en un 11,85% respecto al de la biomasa pura, conservando buenas propiedades de durabilidad y resistencia a la compresión, además de un porcentaje de azufre de 0,3%. Por otra parte, para las briquetas hechas a base de residuos de algodón, se definió como mézcla óptima aquella con porcentaje de aglomerante de 9% y biomasa de 91%, obteniendo una resistencia a la compresión de 221 Kgf, una durabilidad de 93,3% y el porcentaje de azufre más bajo de las posibles soluciones con un valor de 0,18%, debido a la ausencia de carbón mineral en la composición, ya que con la inclusión de este no se logró una mejora en el potencial energético de la briqueta respecto a la biomasa pura, además de ser el factor que disminuye las propiedades mecánicas del densificado. Respecto a la cascarilla de arroz, no se lograron desarrollar briquetas con buenas propiedades mecánicas según las normativas.