Escuela de Ingeniería Mecánica

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Análisis estadístico y de confiabilidad para la predicción de fallas y costos para una facilidad de la industria del petróleo
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Avella Rodriguez, Larissa Jorleany; Fuentes Díaz, David Alfredo
Este trabajo busca de una forma sencilla realizar un análisis de los datos de falla de los equipos, usando métodos estadísticos y de confiabilidad que permitan a la organización la toma de decisiones para realizar una adecuada gestión del mantenimiento de sus equipos. Para lograr lo anterior, se inicia con un glosario de términos y definiciones relativos a la gestión del mantenimiento. Luego, se realiza un análisis de los datos registrados en la base de datos del Sistema de Gestión Computarizado del mantenimiento (CMMS) de las actividades de mantenimiento realizadas, especialmente para los trabajos realizados que fueron clasificados como mantenimientos correctivos, con el uso de histogramas y diagramas de Pareto, lo cual permitió la identificación de malos actores según la cantidad de trabajos realizados para un sistema. Se continúa con el análisis de confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad (CMD), donde se desarrolla un estudio de las fallas que provocaron la salida de los equipos, de los sistemas identificados como mal actor en el capítulo anterior, para esto se realiza un análisis de la curva de la bañera y de los índices de confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad para los equipos pertenecientes a los sistemas identificados. Lo siguiente fue realizar pronóstico del TBF para los equipos seleccionados en el capítulo anterior, por medio del método de series de tiempo y como último paso, la formulación de las propuestas de acciones de mejora de acuerdo a los análisis realizados usando la metodología DMAIC.
Determinación del campo de flujo y de concentraciones de la interfase de dos fluidos incompresibles que se desplazan a través de una tubería usando el método de los volúmenes finitos
(Universidad Industrial de Santander, 2015) Florez Arias, Carlos Alberto; Fuentes Díaz, David Alfredo
La industria petroquímica moviliza fluidos mediante redes de tuberías empleando el método de transporte por lotes. Cuando no existe ninguna separación rígida entre cada dos lotes, los productos se mezclan en cierta medida mientras se desplazan, dando lugar a un volumen de mezcla o interfase contaminada. El volumen de mezcla aumenta a lo largo de la tubería como resultado de la influencia del trazado topográfico, efectos de la gravedad y las propiedades de los fluidos: viscosidad, densidad, coeficiente de difusión, etc. En esta Trabajo se muestran los resultados obtenidos en la determinación de dicha interfase para un flujo en régimen isotérmico turbulento totalmente desarrollado por medio de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD ) usando el método de volúmenes finitos (FVM) y empleando el software libre OpenFOAM®, con el cual se simula un caso. también se muestra el desarrollo de un solucionador con la adición de funcionalidad de malla Dinámica, este solucionador fue utilizado para simular este proceso de transporte y posteriormente se analizaron los resultados obtenidos. En esta investigación también fueron usados los software SALOME en la etapa de preproceso y PyFoam en las etapas de preproceso y posproceso, así como el lenguaje de programación Python™. Este proyecto empleo exclusivamente software libre en todas sus etapas de desarrollo.
Evaluación del bagazo de Lippia origanoides como combustible para sistemas de combustión de baja potencia
(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-06) García Sánchez, Gabriel Fernando; Chacón Velasco, Jorge Luis; Rueda Ordóñez, Yesid Javier; Fuentes Díaz, David Alfredo; Martínez Morales, Jairo René; Amaris Castilla, Carlos Fidel; Patiño Vilas, David; Lapuerta Amigo, Magín; Martínez, Manuel del Jesús; Chávez Guerrero, Arlex
La combustión es el proceso más utilizado para generar energía a partir de la biomasa, pese a que es un proceso muy antiguo todavía hay retos por superar en materia de eficiencia y falta de conocimiento de las propiedades de potenciales combustibles. En el presente trabajo se reporta la caracterización del bagazo de Lippia origanoides, proveniente del proceso de extracción de aceites esenciales, y el desarrollo de un modelo CFD bidimensional para el estudio de su desempeño en la combustión. El trabajo inicia con una completa revisión del estado del arte sobre el modelado de la combustión de biomasa sólida, continúa con la determinación de las propiedades de la biomasa mencionada y finaliza con la descripción, validación y aplicación del modelo CFD de combustión. Se estudiaron tres tipos muestras de la biomasa: tallos, hojas y mezcla de hojas y tallos; a las cuales se les determinaron sus composiciones elemental y próxima, densidad, poder calorífico y curvas termogravimétricas en atmósferas inerte y oxidante. A partir de los análisis termogravimétricos se determinaron indicadores del desempeño de la combustión y se realizó un estudio cinético de la descomposición térmica y oxidación por medio de los modelos de Friedman, Kissinger y reacciones paralelas independientes. El modelo CFD de la combustión fue implementado en OpenFOAM, validado con datos experimentales tomados en dos tipos de quemadores alimentados con tres tipos de biomasa y posteriormente utilizado para estudiar el proceso con bagazo de Lippia origanoides como combustible. Tanto los modelos cinéticos como el de combustión global lograron resultados acordes con las mediciones experimentales, con desviaciones inferiores al 5% y 13% respectivamente, salvo contadas excepciones. Se encontró que las muestras de tallos presentan propiedades y desempeño similares a otras biomasas utilizadas como combustibles sólidos, mientras que la presencia de hojas causa una disminución en la eficiencia del proceso.
Mejoramiento de la estructura del proceso de mantenimiento de la empresa Exterran Energy sucursal Colombia
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Ardila Perez, Gabriel Leonardo; Fuentes Díaz, David Alfredo
Exterran es una compañía que tiene la sede principal en los Estados Unidos de Norteamérica, una parte importante de su portafolio es basado en activos físicos que dedica a la producción y/o tratamiento de petróleo y gas, generación de energía, tratamiento de aguas de producción de petróleo y a la compresión de gas. En Colombia la compañía actualmente tiene contratos por servicios como los mencionados. En el año 2016 la gerencia de operaciones que tiene a su cargo el proceso de mantenimiento hizo el planteamiento de implementar un sistema de gestión de activos para la sucursal Colombiana; la gestión de mantenimiento para los equipos en Colombia juega un papel importante en los resultados del negocio y es un proceso que debe ser asegurado, por lo que se sometió a una revisión enmarcada dentro de modelos de gestión de mantenimiento reconocidos como efectivos encontrándose oportunidades de mejora que conllevaron a crear un modelo a largo plazo de gestión de mantenimiento para la compañía en Colombia que permitirá el desarrollo del proceso hacia un nivel óptimo y avanzado utilizando para ello en los casos que aplique herramientas tecnológicas con las que actualmente se cuentan en el mercado, esto mencionado será la etapa final de desarrollo del modelo de gestión propuesto.
Modelado hidráulico y térmico del sistema hidrológico ciénaga Miramar, caño rosario, rio magdalena afectado por los vertimientos de aguas residuales industriales en Barrancabermeja
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Jaimes Ortiz, William Santiago; Fuentes Díaz, David Alfredo
En la naturaleza y nuestro entorno f acilmente se pueden observar estructuras hidr aulicas donde los uidos se unen y mezclan en alg un punto de dicha estructura. El modelamiento num erico de estos sistemas permite observar y estudiar la din amica del uido cuando se somete a diferentes condiciones de geometr a y velocidad de ujo y toma relevancia en la medida que se requiera analizar los efectos de la velocidad, zona de mezcla y desarrollo del uido que afecten, en el caso de estructuras naturales, el ecosistema de una zona. Adicionalmente existen consecuencias sobre el comportamiento de un uido debido a los cambios de temperatura que se somete; por ejemplo, se puede ver afectado el ox geno disuelto OD lo que implicar a cambios dr asticos del ecosistema dentro y alrededor de la estructura hidr aulica. As que se implement o en openFoam un modelo que permita analizar la din amica, per les de velocidad y per les de temperatura de la ci enaga Miramar ubicada en la ciudad de Barrancabermeja cuando se somete a ujos de entrada con ciertas condiciones de velocidad o temperatura producto de los vertimientos provenientes de los ca~nos principales Camelias y Lavanderas. Para comprobar la validez del modelo, primero se realiza una comparaci on del bechmarck experimental de Weber, Schumate y Mawer (2001) que calcula los campos vectoriales y per les de velocidad de ujos de agua en canales cruzados a 90 frente a los resultados entregados por el modelo en las mismas condiciones geom etricas. De all se observa la precisi on del modelo para nalmente encontrar la soluci on en la ci enaga propuesta y corroborar la informaci on del modelo con datos del ca~no Rosario a la salida de la ci enaga.
Modelado y simulación del comportamiento del flujo en intercambiadores de calor de aletas y tubos
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Cordoba Tuta, Edwin Jesús; Fuentes Díaz, David Alfredo
El presente trabajo tuvo como finalidad el desarrollo de una herramienta computacional para el modelado y simulación del comportamiento del flujo en los intercambiadores de calor de aletas y tubos. Debido a que el modelado de este tipo de intercambiadores de calor es función de muchas variables, se desarrolló un método flexible para el ingreso de datos del intercambiador por medio de archivos en formato XML, lo cual también facilitó que programas realizados por terceros pudieran generar la configuración del intercambiador. Con este método es posible ingresar cualquier topología de conexionado de los tubos, dimensiones del intercambiador y condiciones de operación. El cálculo de la caída de presión y coeficiente de transferencia de calor por el lado del aire y lado del refrigerante, están basados en correlaciones experimentales desarrolladas por diversos investigadores. Cuando existe cambio de fase en el refrigerante, los valores del coeficiente de transferencia de calor aumentan drásticamente. La implementación del modelo se realizó por medio de la Programación Orientada a Objetos y específicamente se utilizó el lenguaje de programación C++. La descripción del conexionado de los tubos está basada en la teoría de grafos, la cual es una herramienta simple para la representación de las relaciones existentes entre datos, dispositivos o casi cualquier otra cosa, y en la actualidad juega un papel crucial en una gran cantidad de algoritmos desarrollados en la informática. El cálculo de las propiedades de los fluidos se realizó por medio de una interfase a las rutinas de cálculo de REFPROP® basado en la Programación Orientada a Objetos. Además también se hizo uso de las bibliotecas del Visualization Talit® (VTK), para la presentación gráfica de los resultados. La validación del modelo se realizó con datos experimentales encontrados en la literatura, se validó de forma independientemente funcionando como evaporador y como condensador.
Modelado y simulación unidimensional transitoria del flujo bifásico en tuberías de pozos petroleros
(Universidad Industrial de Santander, 2016) Jerez Carrizales, Manuel Fernando; Jaramillo Ibarra, Julian Ernesto; Fuentes Díaz, David Alfredo
Se implementaron diferentes metodologías para simular el flujo bifásico en tuberías de pozos petroleros tanto para el régimen estacionario como para el régimen transitorio. Todos los modelos fueron desarrollados para simular tuberías verticales con secciones circulares y se permite la variación del diámetro de la tubería a lo largo de esta, los cambios temporales en los caudales de los fluidos deben ser lentos. Las propiedades de los fluidos son calculadas a partir del modelo black oil con la posibilidad de seleccionar distintas correlaciones para algunas propiedades. Primero se presenta el estado del arte enfocado pero no limitado a las predicciones del flujo bifásico en tuberías de pozos petroleros. En el estado del arte se explican las ideas básicas de los diferentes enfoques que se han adoptado para resolver este tipo de problemas. Así mismo, también se menciona algunos retos de investigación para el futuro. Posteriormente se explican los detalles de cada uno de los modelos implementados y desarrollados, estos son: modelos simplificados de Hagedorn & Brown y Mukherjee & Brill, modelo mecanicista de Ansari et al, modelo drift flux estacionario de Hasan et al, y los modelos transitorios drift flux y de dos fluidos. La metodología drift flux fue usada en un modelo transitorio con una buena estabilidad al momento de realizar los cálculos. Finalmente, se desarrollan una serie de comparaciones entre los distintos modelos y datos que permiten evaluar su desempe˜no. Las comparaciones estacionarias mostraron un mejor desempe˜no para los modelos de Hasan et al y Ansari et al. Las comparaciones del modelo drift flux transitorio fueron realizadas una vez se alcanza el estado estable.
Sistema inteligente para el pronostico de escenarios de costos y fallas de mantenimiento utilizando machine learning como herramienta gerencial para una planta de beneficio del gremio palmero colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Diaz Rangel, Cesar Augusto; Fuentes Díaz, David Alfredo; Garcia Nuñez, Jesus Alberto
La agroindustria del aceite de palma es el sector más representativo en el ámbito de cosechas oleaginosas a nivel internacional. La productividad industrial y estabilidad financiera han sido afectadas por diversos factores, entre los cuales se encuentra la falta de herramientas para el análisis de información de procesos para la toma de decisiones a nivel estratégico. Este proyecto tiene como propósito desarrollar una herramienta inteligente utilizando redes neuronales (machine learning) para el pronóstico de escenarios de costos y fallas de mantenimiento, la cual permitirá a la gerencia de planta extractora de aceite de palma y subproductos, estimar con mayor precisión el desempeño futuro a partir del análisis de parámetros operacionales y de costos para la gestión de producción y del mantenimiento, en conjunto con el comportamiento estacional de la oferta de fruto. Este proyecto tiene como fases: consolidación de bases de datos, exploración de patrones y extracción de características, selección de técnicas dentro de machine learning (redes neuronales y series de tiempo), entrenamiento de red neuronal y validación, generación de resultados a modo de posibles escenarios bajo condiciones reales de las plantas de beneficio.

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