Ingeniería Mecánica

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Análisis de un sistema heliotérmico de colectores cilíndricos parabólicos para la generación de electricidad en la ciudad de Cartagena, Colombia
(2020) López Navarro, Vanessa Alexandra; Carillo Caballero, Gaylord; Cárdenas Escorcia, Yulineth
Este proyecto tiene como motivación el aprovechamiento del recurso solar, mediante la implementación de tecnologías heliotermicas para producir energía eléctrica y analizar el comportamiento del sistema de colectores cilindro parabólico, a través de la simulación de una planta termo solar que satisface la demanda eléctrica de la Universidad Tecnológica de Bolívar. En la estructuración de la metodología y obtención de resultados, se extiende el análisis dela planta solar a un panorama específico al utilizar el software SAM, para la simulación comercial y el análisis económico. Con el fin de, garantizar la viabilidad de instalación del proyecto y afianzar los resultados de la simulación con el lugar de interés, se utilizan las condiciones meteorológicas en el Parque Industrial y Tecnológico Carlos Vélez Pombo Km1 Vía Turbaco. Con base a los resultados obtenidos en este trabajo de grado, se demuestra el apoyo de la viabilidad de instalación e inversión, el impacto ambiental positivo de carácter social e industrial y la gestión del proyecto solar.
Análisis exergético avanzado de una planta de producción de mezcla caliente de asfalto MDC-19
(2020) Barbosa Oquendo, Akel de Jesús; Mendoza Lorduy, Diego Luis; Fajardo Cuadro, Juan Gabriel
La mayoría de países alrededor del mundo utilizan mezclas de asfalto en caliente para autopistas, aeródromos y demás áreas del transporte [1], estas se preparan en plantas especializadas que producen toneladas de cemento asfáltico, la mezcla se realiza en un rango de temperatura ente 100 ºC y 170 ºC, se opera en dicho rango para mantener la fluidez del asfalto y asegurar así el recubrimiento adecuado de los agregados, el producto final se conoce como asfalto en mezcla caliente (HMA - Hot mix asphalt), y se entrega a 170ºC, de esta forma se mantiene la calidad y la conservación de las propiedades requeridas a la hora de llevar a cabo la construcción [2]. La creciente tasa de urbanización global, exige un aumento en las mismas proporciones en el número y calidad de vías, calles y carreteras; al mismo tiempo, el notable incremento de la población mundial demanda nuevas redes de transporte, un claro ejemplo se da en Estados Unidos, donde actualmente más del 45% de la cobertura del suelo en regiones urbanas son superficies pavimentadas [2]. Un caso similar se presenta en Colombia donde la mayor parte de la producción de asfalto está destinada a la industria de la construcción, y reparación de vías; en los últimos 10 años se presentó un incremento notable en la producción de cemento asfáltico, esto debido al plan de desarrollo presentado por el gobierno colombiano para el periodo 2010 - 2014 [3], donde se reconoce la importancia de la inversión en malla vial a nivel nacional, mejorando así, las condiciones para el transporte de mercancía y materias primas a nivel interdepartamental, por ende, aumentó igualmente el número de propuestas y proyectos de alta envergadura para este sector algunos de los principales ejemplos son, la ruta del sol y la concesión de acceso rápido de Cartagena, entre otros, se proyecta un incremento significativo con el paso de los años
Análisis exergoeconómico avanzado y de ciclo de vida de un proceso de producción de hidrógeno por reformado de metano
(2020) Campaña Castillo, Andrés Felipe; Fajardo Cuadro, Juan Gabriel; Barreto Ponton, Deibys
El hidrógeno se constituye como un agente clave en la transición mundial hacia energías limpia, generando un alto interés en los procesos de producción del mismo, procurándose la eficiencia en materia termodinámica, económica y ambiental. En el presente trabajo se realiza un análisis exergoeconómico avanzado y de ciclo vida a un proceso de producción de hidrógeno por reformado de metano. Los modelos termodinámicos de balance de masa y energía fueron validados en el proceso, siguiendo con los análisis exergético convencional y avanzado identificando las etapas más ineficientes del proceso en materia de irreversibilidades, lo propio se realizó con los análisis exergoeconómico convencional y avanzado en materia económica, finalmente se concluye con la identificación de las categorías de impacto ambiental en la aplicación de un análisis de ciclo de vida al proceso usando la metodología consignada en la Norma ISO 1404 de 2006.La transferencia de calor a los alrededores en el proceso es de 40932,3 kW, una eficiencia exergética global de 83%, 95605,8 kW de destrucción de exergía total. La exergía destruida endógena se constituye en un 33%,mientras que la evitable en un 79%, los costos de inversión y destrucción de exergía son de $1,93 USD/s y finalmente la producción de 1kg de Hidrógeno a través de este proceso cuesta $1,6 USD y se emiten a la atmósfera 13,8 kgeq CO2.
Caracterización del material compuesto pultruido GFRP para el diseño de estructuras para paneles solares
(2020) Revollo Pérez, Valentina; Amor Mejía, Kevin Eduardo; Castro Vargas, Adriana
En la actualidad, las energÂ´Ä±as renovables son consideradas como las alternativas mÂ´as limpias para la producciÂ´onde energÂ´Ä±a, y con limpia nos referimos a que no aportan ningÂ´un tipo de contaminaciÂ´on al planeta, lo que resultaser un beneficio para el ambiente y para los seres humanos. Por esta razÂ´on, se ha incrimentado su uso en losÂ´ultimos aËœnos ya que la situaciÂ´on actual representa un riesgo latente por las contaminaciones masivas que sesiguen presentando por parte de las industrias y la humanidad.La energÂ´Ä±a fotovoltaica es uno de los mÂ´etodos limpios de producciÂ´on mÂ´as utilizados, por esa razÂ´on, los aportes demejora para un sistema como este son realmente significativos, por ello se ha decidido contribuir a la fabricaciÂ´onde las estructuras solares con la implementaciÂ´on de un material compuesto cuyos componentes son plÂ´asticoreforzado, como matriz polimÂ´erica, y fibra de vidrio.Dicho material es resultado de un proceso de pultrusiÂ´on, que es un proceso que combina la resina polimÂ´ericaque corresponde a la matriz del material con la fibra de vidrio, bajo cierto grado de temperatura, formando asÂ´Ä±perfiles pultruidos.
Desarrollo e implementación de un perfilómetro óptico por triangulación láser
(2020) Mendoza Vanegas, Kevin David; Quintero Vásquez, Fernando José; Vargas Ramírez, Raúl Andrés; Marrugo Hernández, Andrés Guillermo; Romero Pérez, Lenny Alexandra; Magre Colorado, Luz Alejandra
Los perfilómetros son instrumentos utilizados comúnmente en tareas de metrología superficial, al permitir la medición de parámetros y características existentes en la superficie de cualquier objeto, como su rugosidad, ondulación, perfil, altura y profundidad.Estos tienen un rol importante en algunos campos de la industria, como la fabricación de productos y en control de calidad, ya que permite detectar defectos y realizar validaciones en la fabricación de una pieza cualquiera. Sin embargo, las técnicas de perfilometría convencionales requieren un contacto directo con el objeto, lo cual puede comprometer al perfilómetro o a la superficie, llegando a causar ralladuras, rasguños, o incluso destruir la superficie estudiada. Es por estas razones, que en este trabajo presentamos el desarrollo e implementación de un perfilómetro óptico que no requiere entrar en contacto con el objeto para obtener información de su superficie, evitando modificar su estado inicial. Para esto, empleamos un sistema de triangulación láser, en donde un punto o "spot" láser es proyectado sobre la superficie de un objeto, luego con una cámara se adquieren imágenes que son procesadas para detectar la ubicación del punto láser, y a partir de estos datos calcular las alturas del perfil superficial del objeto.Además, presentamos la construcción de un mecanismo motorizado con una plataforma para el desplazamiento de objetos, de esta forma se logra que spot láser incida en una sección completa del objeto. Los resultados obtenidos muestran que el perfilómetro puede alcanzar mediciones de altura a una alta resolución y bastante cercanas a la altura original.
Diseño de un dispositivo para la inspección de cascos de embarcaciones sumergidos empleando sensores de ultrasonido
(2019) Ramírez Anachury, Juan Camilo; Cely Medina, Yesenia; Contreras Ortiz, Sonia Helena
En este proyecto se propone el diseño del prototipo de un dispositivo para la inspección de busques y embarcaciones sumergidos empleando sensores de ultrasonido. Se evaluaron diferentes tipos de sensores, configuraciones y materiales para la construcción del sistema.
Diseño e implementación de plataforma IOT para monitoreo inteligente de energía
(2020) Acuña Ballesteros, Antonio Rafael; Pérez Sánchez, Camilo Andrés; Magre Colorado, Luz Alejandra; Campillo Jiménez, Javier Eduardo
Este proyecto consiste en el diseño e implementación de una plataforma IoT de monitoreo inteligente para la Universidad Tecnológica de Bolívar, que tiene la capacidad de recolectar, procesar, almacenar y visualizar información de cuatro proveedores diferentes en un sistema centralizado de registro. Se desarrolló un trabajo de campo para la actualización del cuadro de cargas de los edificios A3, A4 y A5 de la institución, además, se hizo instalación de sensores capaces de medir todo tipo de variables eléctricas en esas construcciones y se seleccionó un método de conexión a la red que fuese adecuado para la aplicación. La plataforma IoT, que es capaz de mostrar datos de los edificios mencionados, los paneles solares del A1, el laboratorio inteligente de energía y el clima, fue desarrollada utilizando tecnologías conocidas como el MEAN stack, cuya integración se hizo utilizando el lenguaje de programación Typescript. Este proyecto tiene como finalidad permitir un constante monitoreo de las variables eléctricas y meteorológicas de la institución, lo cual apoyaría de manera directa al desarrollo de planes de mantenimiento preventivo, para lo cual cuenta con un sistema de alarmas que se activan bajo criterios establecidos siguiendo los indicadores de laNTC y la UI Green Metric.
Diseño y construcción de máquinas de pruebas para ensayos de fatiga
(2020) Rincón Guerra, Heinner Jessie; Villarreal Reales, Jesús; Herrera Morante, Sneider Alexander; Arrieta Ortiz, Edgardo William
En el campo de la ingeniería, es importante realizar ensayos de fatiga debido a que muchos materiales son sometidos a cargas cíclicas que provocan efectos internos muy negativos, lo cual es muy peligroso debido a que se generan grietas internas en estos materiales, y por ende, esto conlleva a fallas muy significativas y graves que pueden comprometer incluso vidas humanas. Por esta razón, el presente documento es realizado con la finalidad de mostrar el procedimiento para diseñar una máquina de pruebas para ensayos de fatiga tanto en viga rotatoria como en carga axial, ya que los equipos se implementarán para ensayar cualquier tipo de material, sin embargo,los resultados serán mostrados tomando como base el acero AISI 4140.Para diseñar las máquinas, primero fue necesario estudiar las condiciones estáticas a las que se someterán,de esta forma, aplicando un despeje sencillo en la ecuación de los esfuerzos, se calcula el peso aplicado para generar las cargas y esfuerzos necesarios para hacer que el material falle. Luego de tener esta condición definida,se procede a calcular el sistema de soportes, que en este caso para la máquina en viga rotatoria, constará de cuatro chumaceras, dos secciones de eje y la probeta, y para la máquina de carga axial constará con 4 barras soporte, una placa de sujeción y una viga con sección en H que hará el trabajo de palanca para la aplicación de la carga en la probeta a ensayar. De estos elementos antes mencionados, es necesario seleccionar las chumaceras,diseñar la probeta de acuerdo a las especificaciones de la norma ASTM E466 y diseñar el eje de manera estática,y corroborando su buen comportamiento y durabilidad analizando estas condiciones con el método de elementos finitos en Siemens NX 12 (para ambos casos). De igual forma, se diseñó una mesa como el soporte principal del sistema de viga rotativa, para su diseño, se tuvo en cuenta diversos paramentos, entre los que se pueden encontrar, las vibraciones y las condiciones de carga, ya que este elemento debía ser lo suficientemente rígido, como para que garantizara que no fallaría ante los esfuerzos a los que se encontrara sometido, y lo suficientemente pesado para que funcionara como mitigador de vibraciones.Los resultados fueron analizados bajo el amparo de las normas ASTM E468 e ISO 1143:2010, ya que es necesario que se realice de esta manera para evitar cualquier inconveniente que pueda entorpecer el procesamiento de los datos obtenidos y así disminuir las fuentes de error.
Diseño y construcción de silla de ruedas eléctrica capaz de subir escaleras
(2020) Narváez Buelvas, Francisco Javier; Guzmán Peña, Fernando David; Arrieta Ortiz, Edgardo William
Este proyecto está orientado a reducir el esfuerzo que debe ejercer una persona promedio al intentar subir un paciente en silla de ruedas a lo largo de una escalera. Asimismo, se busca mejorar el estilo de vida del conjunto de personas en condición de discapacidad, puesto que su facultad de moverse con total libertad en el entorno que los rodea es limitada, lo que conlleva a cambios tanto en su estilo de vida como en el de las personas que lo rodean respecto a la ejecución de sus actividades diarias. El presente documento expone el diseño y la construcción de una silla de ruedas eléctrica capaz de desplazarse en terreno plano con autonomía, con la particularidad de poder subir y bajar escaleras mediante el cambio en el diseño convencional de las llantas traseras de sillas de ruedas comunes.
Diseño y simulación de un sistema elevado de transporte eléctrico autónomo para la ciudad de Cartagena de Indias (SETA-tren del Caribe)
(2020) García Barón, Andrés Eloy; Garcerant Cañas, Cristian; Ríos Díaz, Yeniffer Yuliana; Castro Vargas, Adriana
En este documento se lleva a cabo el diseño de un sistema de transporte autónomo eléctrico elevado para la ciudad de Cartagena. En primer lugar, se diseña del chasis de los vehículos autónomos; en esta sección se aplica el análisis de falla por fatiga a la parte inferior del chasis sometida a cargas fluctuantes; posteriormente, se aplica la metodología de la técnica de shell o técnica de placas para hacer el análisis estructural por elementos finitos de la estructura completa. Los resultados obtenidos muestran un diseño satisfactorio que cumple con todos los criterios utilizados. De forma paralela, se realiza el diseño del sistema mecatrónico que permite que este transporte sea totalmente autónomo. En esta sección del proyecto se describen los sensores, controladores y actuadores asociados al funcionamiento de SETA-tren y se propone una metodología para la programación de los controladores que relacionan los componentes antes mencionados. Como primer alcance de este proyecto, se realiza una simulación donde se comprueba la efectividad de la metodología de programación y se valida el comportamiento del sistema.
Evaluación de la adherencia entre material compuesto y metal para reparación de ductos submarinos afectados por corrosión externa
(2020) Jiménez Herrera, María Carolina; López Peluffo, Luis Eduardo; Castro Vargas, Adriana
Hoy en día, es de gran importancia los materiales compuestos. Estos son fundamentales en los diferentes campos industriales. Por esta razón, se tomó la iniciativa de realizar esta investigación para evaluar la adherencia entre el material compuesto y el metal, utilizando como refuerzo la fibra de aramida embebida en una resina epóxica y la interface metal material, fabricado mediante un proceso especifico de obtención de laminación manual. En el desarrollo del estudio, el material fue sometido a tres diferentes ensayos para determinar la adherencia, los cuales fueron: Ensayos de disbonding catódico, utilizando una fuente GW Instek GPC-30300.Este ensayo se basó en la norma ASTM G8 (Standard test methods for cathodic disbonding of pipeline coatings). Esta norma cubre la calificación, la aplicación, la inspección, la prueba, lamanipulación y el almacenamiento de los materiales aplicado en la planta y aplicado externamente a una tubería de acero sin revestimiento. La tubería recubierta está destinada principalmente a servicios enterrados o sumergidos para sistemas de tuberías. Se tuvo en cuenta para demostrar que la reparación no será susceptible a una desvinculación bajo una corriente eléctrica impuesta. Para esta prueba se utilizó NaCl.
Evaluación de velocidad de corrosión y afectación microestructural de acero ASTM a 131 gr a sometido a técnicas de corrección de deformaciones con líneas de calor
(2020) Pérez Díaz, Jorge Alfredo; Peralta Gómez, Jorge Andrés; Castro Vargas, Adriana
El estudio inicia de acuerdo con los resultados de investigación obtenidos en el marco de la maestría de ingeniería naval y oceánica de la Universidad Tecnológica de Bolívar con el trabajo de grado denominado "Estudio de técnicas para la corrección de distorsiones por línea de calor en láminas de espesor delgado en la construcción naval". A partir de los resultados obtenidos en cuanto a la comparación de cinco técnicas comúnmente usadas en los astilleros para corregir deformaciones en estructuras navales, se pretende tomar muestras representativas de las láminas de acero naval ASTM A131 Gr A de espesor delgado (7 mm) tratadas con técnicas de enderezado de llama tales como segmentos cortos, líneas en vaivén, segmento en el centro de la placa, en una misma dirección y por punto. con el fin de evaluar el grado de afectación de la temperatura de trabajo en la microestructura, cambio de propiedades mecánicas y su respuesta en términos de velocidad de corrosión.
Implementación de un sistema de visión artificial para la medición de deformaciones mediante correlación digital de imágenes
(2019) Orozco Acevedo, Rafael; Vega Salguedo, Edgard Alexander; Marrugo Hernández, Andrés Guillermo
El objetivo de este proyecto es implementar la técnica de correlación digital de imágenes 2D (2D-DIC) para la medición de deformaciones de materiales sometidos a esfuerzos de tracción en la Maquina Universal de Ensayos. La técnica consiste en la determinación de desplazamientos en el plano (x, y) mediante el análisis de imágenes digitales del espécimen que está siendo sometido al ensayo de tracción.
Metodología para la medición de esfuerzos residuales aplicando la técnica de perforación de agujero y galgas extensiométricas en placas de acero basada en la norma ASTM E837-08
(2020) Acosta Dominchettis, Luis Fernando; Rojas Álvarez, Juan Sebastián; Arrieta Ortiz, Edgardo William
En el presente proyecto de investigación se elaboró la metodología para la medición de esfuerzos residuales presentes en placas de acero ASTM A36 mediante la técnica de perforación de agujero y galgas extensiométricas. El procedimiento realizado fue el de simular esfuerzos residuales en una placa de acero, aplicandole una fuerza que excediera su límite elástico y entrara en zona de plasticidad. Para esto, se determinó el límite elastico del material usado, mediante ensayos de tracción. Seguido a esto, se utilizó un programa para la medición de variación de resistencia en arduino, basado en el funcionamiento del puente de Wheatstone, y empleando galgas extensiométricas que servirían como las resistencias del puente. Posteriormente se aplicó la ténica de perforación de agujero en la placa con los esfuerzos, y se registró la variación de deformación presentada en las galgas a través de la medición del voltaje del circuito. Para comparar los anteriores resultados, se realizó el cálculo teórico de esfuerzos residuales encontrados en el material mediante una serie de ecuaciones ya establecidas. Por último, se realizó un modelo CAD en el software NX 12.01, en el cual se compararon los esfuerzos encontrados en una placa de acero con una fuerza aplicada por flexión y la misma placa de acero con igual fuerza, pero en este caso, con un agujero central para demostrar el efecto de relajación estructural, ignorando los esfuerzos inducidos por los procesos de fabricación del material únicamente teniendo en cuenta los esfuerzos inducidos por fuerzas aplicadas. Al realizar todos estos procesos se procedió a dar las conclusiones y recomendaciones de los métodos utilizados.
Prototipo de prótesis para la emulación de movimientos de la mano mediante electromiografía y sensores de flexión resistivos
(2020) Ulloque Pacheco, Jorge Fidel; Sarria León, Johana Lucía; Acevedo Patiño, Óscar
Este trabajo presenta el diseño y construcción de un prototipo de prótesis para la emulación de movimientos de la mano utilizando electromiografía y sensores exo-resistivos; en primera instancia se realiza un estudio de la mano humana, identificando movimientos y características generales para su posterior construcción, luego se integra control y comunicación inalámbrica. El prototipo consta de tres partes, la primera corresponde a una prótesisimpresa con impresora 3D que cuenta con 5 dedos, cada uno con 2 microservomotores, este dispositivo puede ser controlado de dos formas; un brazalete EMG que permite realizar movimientos coordinados básicos como abrir y cerrar la mano para agarres cilíndricos y tipo hook a través del conteo de impulsos generados por el músculo, y un segundo dispositivoque consta un guante equipado con 5 sensores flexo resistivos con el fín de que la prótesis replique todos los movimientos realizados con el guante.
Simulación computacional usando elementos finitos y el método de galerkin para determinar posibles desplazamientos en las bases del puente entre los edificios A4 y A5 en la Universidad Tecnológica de Bolívar
(2020) Pérez Martínez, Robert José
El Campus Tecnológico o sede Ternera de la Universidad Tecnológica de Bolívar cuenta con una serie de estructuras de aulas y edificios administrativos distribuidos en 64.000 metros cuadrados aproximadamente. El complejo fue levantado sobre un área donde predomina un tipo de suelo denominado arcilla expansiva, el cual se caracteriza por sus cambios volumétricos dependiendo de las condiciones de humedad. Debido a la particularidad del terreno, se han presentado desplazamientos en ciertas construcciones. El puente metálico entre los edificios A3-A4-A5 (Figura 0-1) es llamativo por ser el más elevado en el campus y porque luego de su construcción presentó desplazamientos que causaron inquietud. El objetivo del presente trabajo fue evaluar estas deformaciones usando simulación computacional mediante elementos finitos y determinar probables causas del movimiento mediante el método de Galerkin.

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