Escuela de Ingeniería Mecánica

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"Detección de fallas en motores de inducción usando mcsa (motor current signature analysis) y máquinas de soporte vectorial "
(Universidad Industrial de Santander, 2011) Oviedo Castillo, Silvia Juliana; Quiroga Méndez, Jabid Eduardo; Borras Pinilla, Carlos
El trabajo descrito en este documento consistió en la validación experimental de la técnica MCSA (Motor Current Signature Analysis) usando como banco de pruebas motores de inducción de 2 HP, 4 polos en los cuales se indujeron las fallas correspondientes a corto circuito en el devanado del estator y barras rotas. La experimentación arrojó resultados favorables en condiciones de carga específicas, para cada tipo de falla, así, para la falla de corto circuito, la adición de carga desfavorece notoriamente la capacidad de detección de los indicadores de falla señalados en la literatura. Por su parte, el indicador de la falla de barras rotas mostró mejoría en la detección con niveles de carga elevados. Adicionalmente, se empleo máquinas de soporte vectorial para realizar una arquitectura de detección y diagnóstico de fallas en motores. Los parámetros usados para la clasificación fueron seleccionados empleando pruebas con los diferentes clasificadores biclase y métodos estadísticos. Estos parámetros fueron los parámetros usuales, propuestos por la técnica MSCA, que tuvieron poca efectividad y algunos parámetros estadísticos del dominio del tiempo, que mostraron una efectividad satisfactoria en la clasificación. Dicha efectividad fue medida en términos del error de entrenamiento y validación, así como el número de vectores de soporte. La validación de la arquitectura de detección y diagnóstico de fallas fue propuesta usando validación cruzada con el 50% de los datos por ensayo.
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.
Herramienta computacional para el cálculo de los parámetros de desempeño de un motor Diesel id de cuatro tiempos
(Universidad Industrial de Santander, 2013) García Sánchez, Gabriel Fernando; Chacón Velasco, Jorge Luis; Chaves Guerrero, Arlex
En este documento se presenta el desarrolló de un modelo de simulación de la combustión en motores Diesel y su aplicación en el estudio del desempeño del bio-oil hidro tratado como combustible para motores Diesel. Dicho modelo está basado en la primera ley de la termodinámica y permite conocer el desempeño del motor a partir de sus características, condiciones de operación y de las propiedades del combustible utilizado. Para su validación se utilizaron datos experimentales de un motor monocilíndrico Agrale M95 y de un motor Isuzu A4JA1de cuatro cilindros, los cuáles fueron obtenidos de la literatura y de pruebas experimentales tomadas en el banco de ensayo de motores de la Universidad de Antioquia, respectivamente. Para el estudio del bio-oil hidro tratado se comparó, por medio del modelo, el desempeño de un motor Diesel alimentado con combustible Diesel convencional, con el desempeño del mismo al utilizarse bio-oil hidro tratado puro y mezclas de Diesel con 20 y 50% de bio-oil hidro tratado. Inicialmente, en los capítulos 1 al 6, se presenta una introducción y contextualización del trabajo realizado, en los capítulos 7 y 8 se describen en detalle los pasos seguidos en la elaboración del modelo y los resultados obtenidos con este y finalmente, en los capítulos 9 al 11, se presentan las conclusiones, recomendaciones y aportes del trabajo realizado.
Microbomba de vacío : diseño, modelado y simulación
(Universidad Industrial de Santander, 2014) Pedroza Torres, Mauricio; Borras Pinilla, Carlos; Quiroga Méndez, Jabid Eduardo
En el presente trabajo de investigación se abordó el diseño, modelado y simulación de un prototipo teórico de microbomba de vacío, teniendo como principal objetivo la obtención de valores de presión absoluta en el rango de los decatorr (101) por medio de una única etapa de bombeo, junto con un análisis multifísico del sistema en operación, útil como marco de referencia para investigaciones futuras. Se llevó a cabo una revisión general del estado del arte en el campo de los dispositivos de microbombeo, específicamente aquellos enfocados en la generación de vacío, discutiendo el desempeño de las microbombas de desplazamiento, quienes se perfilan como una de las soluciones más factibles en lo que respecta a generación de vacío desde condiciones de presión atmosférica. El proceso de diseño comprendió el dimensionamiento, análisis mecánico y modelado según la metodología de analogías eléctricas, así como la integración multifísica de sus componentes en un entorno de simulación, siendo estas herramientas teóricas útiles en el establecimiento de las características operativas del microdispositivo de bombeo. Finalmente, se estableció un ciclo de bombeo acorde a los parámetros estructurales y operativos de la versión final del prototipo, favoreciendo su implementación futura en una etapa de fabricación por medio de una cuidadosa elección de sus condiciones de diseño. Obteniendo de esta manera, un prototipo de microbomba de diafragma actuada electrostáticamente, capaz de alcanzar una presión mínima absoluta de hasta 66 torr, a una tasa de flujo de 0.016 sccm, mediante la aplicación de un valor de tensión entre electrodos de aproximadamente 100 V. Logrando el diseño de un prototipo de microbomba de vacío, capaz de alcanzar valores de presión absoluta menores a los 100 torr desde condiciones de presión atmosférica.
Solución del problema de kirsch mediante el método de los elementos libres de malla mfree, aplicando la técnica de los puntos radiales de interpolación rpim
(Universidad Industrial de Santander, 2014) Realpe Martínez, Fabio Hernan; Diaz Guerrero, Pedro Jose
Este trabajo tiene como finalidad mostrar el comportamiento de dos funciones de base radial utilizadas como funciones de forma en los métodos libres de malla o Mfree, las funciones de base radiales utilizadas son: Multicuadrática y Exponencial, las cuales han sido aplicadas sobre una distribución uniforme de puntos en un dominio Omega. Como funciones de interpolación, también se han establecido dos escenarios distintos para la implementación de las condiciones de frontera, penalty y multiplicadores de Lagrange. Estas tienen el propósito de evaluar el desempeño de las funciones de forma anteriormente descritas, sobre dicho dominio. El ejemplo de aplicación tomado es el problema clásico en la mecánica de sólidos del problema de Kirsch, donde los resultados obtenidos por los diferentes escenarios establecidos serán comparados con la solución analítica del problema, para esto se hizo necesario implementar el cálculo del error basado en la reconstrucción de la solución, el cálculo del error relativo del método numérico y la rata de convergencia del método numérico como indicador de la linealidad del método numérico de esta manera se verifica cuál de los escenarios mostrados se acerca de mejor manera a la solución analítica.
Diagnóstico de fallas en maquinaria rotativa por análisis de vibraciones basado en máquinas de soporte vectorial
(Universidad Industrial de Santander, 2014) Castaneda Cabrera, Lida Marcela; Borras Pinilla, Carlos
El trabajo de grado descrito en este documento consistió en la implementación de la técnica de inteligencia arti_x001C_cial conocida como Máquinas de Soporte Vectorial, para el desarrollo de un sistema experto capaz de diagnosticar 9 fallas especí_x001C_cas en Maquinaria rotativa. La máquina de aprendizaje fue entrenada con un conjunto de señales de vibración Mecánica obtenidas a partir de un Banco de Pruebas, especialmente elaborado para la validación experimental de este trabajo de investigación, este banco de pruebas fue capaz de reproducir la respuesta dinámica correspondiente a desbalanceo, desalineamiento en paralelo y paso de álabes. Los parámetros usados como características para la clasi_x001C_cación fueron Amplitud del espectro en velocidad y la frecuencia de giro del rotor medida en Hz, con esta información básica, se construyeron los datos de entrenamiento, para después entrenar y generar el modelo para predicción de fallas, una vez obtenido el modelo, se procedió a evaluarlo con datos de prueba obteniendo resultados satisfactorios para la clasi_x001C_cación y predicción del tipo de falla y su severidad. La metodología propuesta obtuvo resultados superiores al 90 % en las pruebas de clasi_x001C_cación desarrolladas con los datos experimentales que fueron recolectados en el laboratorio de Vibraciones Mecánicas de la Universidad Industrial de Santander.
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.
A comparative study of linear techniques active vibration control h-infinity and adaptive filters on a flexible structure of one degree of freedom
(Universidad Industrial de Santander, 2015) Mariotte Parra, Efrain Guillermo; Quiroga Méndez, Jabid Eduardo; Borras Pinilla, Carlos
En el presente estudio se compararon los diseños de los controladores basados en las metodologías de Control Robusto y de Control Adaptativo aplicado al Control Activo de Vibración (AVC). EL sistema AVC fue implementado en una planta de tres masas con un grado de libertad. La comparación se realizó utilizando como criterio de decisión la relación de tradeoff entre la generalización de la solución y la magnitud del rechazo de las perturbaciones contra el costo de cálculo y el esfuerzo en el control aplicado. Los Controladores Robustos H∞ y μ-sintetizado son diseñados considerando incertidumbres paramétricas. Dichos controladores se contrastaron usando ruido coloreado. Las simulaciones realizadas el ambiente de Matlab muestran mejor rendimiento al controlador robusto sintetizado usando la técnica mixed-μ. Se aplicó la metodología de Control Adaptativo para realizar Identificación del Sistema (SI) en cada camino de propagación de las perturbaciones estudiadas. La identificación del Sistema configuró filtros de Respuesta Finita al Impulso (FIR) que modelaron las respuestas dinámicas de dichos caminos. Las simulaciones fueron realizadas usando diseños de filtros en Feedforward y Feedback. Los Filtros fueron comparados empleando perturbaciones periódicas. Simulaciones en tiempo real en el ambiente de Matlab mostraron mejores resultados al filtro RLS. Los controladores resultantes de cada comparación previamente realizada se contrastaron aplicándolos a la planta con un ancho de banda más grande. Finalmente, las ventajas de emplear cada controlador son expuestas. Como resultado, Filtro Adaptativo rechaza mejor perturbaciones periódicas que el Controlador Robusto, el cual rechaza mejor las perturbaciones no-periódicas
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.
Elaborar un modelo de gestión de confiabilidad en mantenimiento basado en supervisión automática y control operativo para bombas centrífugas de las Plantas de Hidrotratamiento de la GRB
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Vargas Silva, Willian; Borras Pinilla, Carlos
El presente trabajo se basa en la creaci´on de un modelo de mantenimiento predictivo confiable aplicado a bombas centr´ıfugas, diferente a los que se aplican en el sector O´ıl & Gas. Este, es un modelo que calcula la vida remanente de equipos rotativos. Con este trabajo se busca reducir el tiempo muerto del equipo y maximizar la vida activa del mismo, logrando menores costos del ciclo de vida. Para el desarrollo del modelo se recopil´o una base de datos (seis a˜nos) de trece bombas centr´ıfugas (operacionalmente activas) de las plantas de hidrotratamiento de combustible de la refiner´ıa de Barrancabermeja, las cuales tuvieron fallas solo por desgaste natural de acuerdo a sus condiciones operacionales. Se utiliz´o la librer´ıa de redes neuronales del programa Matlab para crear 4 modelos de predicci´on de vida remanente de las bombas, utilizando las siguientes arquitecturas: Feed-forward, Nonlinear AutoRegressive model with eXogenous input NARX, Red neuronal recurrente y Red basada en retardos de tiempo. Se evaluaron las cuatro opciones y finalmente se seleccion´o la red neuronal Feedforward como la m´as precisa y confiable para el modelo. Con lo anterior se logr´o crear un nuevo modelo innovador de mantenimiento, donde se asocian todas las variables operacionales del equipo, con resultados que aumentan la vida ´util de las bombas.
Análisis aerodinámico de los alabes de un cohete transportador en cfd
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Garcia Rodriguez, Luis Fernando; Jaramillo Ibarra, Julian Ernesto; Guida, Domenico
La caracterización aerodinámica de una ala modificada tiene un alto impacto económico y ambiental debido a que una reducción del arrastre del 1% puede ahorrar hasta litros de combustible y evitar [kg] de emisiones de carbón al año en la industria aeroespacial. Un cohete transportador es usado para llevar pequeñas cargas desde la tierra al espacio y su vuelo se enfrenta a recirculaciones que tienden a desviar al cohete de su órbita. Para contrarestar este efecto, la presente investigación analiza un nuevo diseño de un ala que incluye un mecanismo de direccionamiento de vuelo. Primero se valida la implementación del solver en OpenFOAM al realizar una simulación 2D estacionaria del perfil aeordinámico NACA0012 bajo las condiciones de flujo altas subsónicas de interés: Mach de 0.5 y . Sus resultados son comparados con de 20% y desviación estándar de 0,15 en los resultados. Después se caracteriza el diseño 3D total de la nueva ala y se comparan sus resultados con los de otra simulación en la que no se incluye el mecanismo. Esto permite determinar que bajo un ángulo de ataque, , la distribución del coeficiente de presión del diseño total del ala aumenta en un 221% por el mecanismo de direccionamiento. Además, la caracterización aerodinámica del ala sin el mecanismo se describe por su y un y el diseño total genera un y un , lo cual indica que el mecanismo de direccionamiento disminuye la eficiencia aerodinámica en un 53.7%. Ante esta pérdida de eficiencia, se debe caracterizar el consumo de combustible al independizar la estabilidad aerodinámica del motor del cohete con el uso de esta ala.
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.
Influencia de las protecciones del sistema eléctrico de Campo Santiago en la continuidad del suministro eléctrico
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Moreno Romero, Luis Gabriel; Quiroga, Oscar Arnulfo
Este documento está organizado en tres grandes partes: en la primera parte se realizó un análisis de la coordinación de las protecciones y se comprobó el estado actual de las mismas, se identificaron las curvas y se graficaron utilizando el programa ETAB. Así mismo se analizaron los datos de las fallas y se identificó que la mayor afectación al sistema eléctrico fueron las aves y animales. Allí se hacen algunas recomendaciones para el mejoramiento de la coordinación de las protecciones. En la segunda parte del documento se propone un plan de mantenimiento eléctrico donde se indican las principales técnicas a aplicar a los circuitos eléctricos del campo; también se formulan indicadores para medir el desempeño de las labores realizadas y un método de análisis de criticidad para darle la verdadera atención a los equipos más importantes que pueden afectar el sistema de manera considerable. Por último se presenta un plan de mejora que se puede implementar en las redes analizadas. La metodología para el presente análisis empleó la misma base de datos que se generó para adelantar los estudios de ingeniería especializada.
Modelo para análisis de riesgo en las bombas del sistema de enfriamiento mediante el uso de redes neuronales
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Perez Calderon, Hugo Alfredo; Borras Pinilla, Carlos
En el presente trabajo se desarrolla un modelo basado en redes neuronales artificiales para diagnosticar fallas en los componentes de las bombas del sistema de enfriamiento dada su importancia dentro de la planta de producción de vidrio plano, utilizando como información de entrada a la red valores medidos tanto en el motor como en la bomba, mediante la técnica predictiva de análisis de vibraciones mecánicas. Se desarrollan dos modelos uno basado en el perceptrón y el otro en la red feedforward; posterior a esto se comparan y aunque los resultados con ambas redes son satisfactorios se valida patrones con la red neuronal feedforward por tener un mejor comportamiento durante las fase de desarrollo y presentar menos errores en comparación con la otra red, llegando a demostrar la efectividad de las redes neuronales en el diagnóstico de fallos y la importancia que tiene el uso de este tipo de metodologías para mejorar a confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad de los equipos, por ende los resultados en los indicadores de las áreas de mantenimiento, confirmando que las redes neuronales artificiales son un poderosa herramienta en el seguimiento, diagnóstico e inclusive la predicción de fallos en equipos, abriendo una gran puerta al uso de técnicas modernas en la planeación estratégica de las áreas de mantenimiento, con el fin de atender con criterios de alta ingeniería las nuevas tecnologías instaladas en los diferentes procesos productivos. 1
Modelamiento y simulación de un sistema de regeneración de energía en vehículos de carga pesada
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Duran Sarmiento, Miguel Arlenzo; Borras Pinilla, Carlos
El trabajo de investigación descrito en este documento consistió en el modelamiento y simulación de un sistema de regeneración de energía de frenado para vehículos de carga pesada, para mejorar la eficiencia energética del mismo, utilizando la plataforma Simulink de Matlab. El modelo del sistema de regeneración permite comparar la operación de dicho sistema entre un vehículo estándar de carga y uno con el sistema regenerativo teniendo en cuenta el ciclo de manejo del móvil. Para tal fin, se desarrolló un circuito hidráulico integrado al vehículo que conmuta su operación dependiendo de los requerimientos de velocidad, ya sea propulsión, frenado o velocidad constante. Se evaluaron en este modelo dos perfiles de velocidad, un perfil estándar europeo de manejo y un perfil de velocidades en el territorio colombiano. También se simuló el sistema teniendo en cuenta dos características; la capacidad volumétrica de la bomba/motor hidráulico fija y variable, los resultados obtenidos comparando los dos atributos reflejan un aumento en la eficiencia del sistema de regeneración para la capacidad volumétrica variable cercana al 7%. Los resultados obtenidos en este trabajo evidencian la importancia del tema investigado, ya que muestran disminuciones en la energía requerida por el vehículo disminuyendo de igual forma el consumo de combustible y la emisión de gases contaminantes.
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.
Modelo de gestión de la Unidad LACT para la medición dinámica de hidrocarburos tolerante a fallas
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Diaz Duran, Manuel Antonio; Borras Pinilla, Carlos
La Planta Rio Sogamoso de Petróleos del Milenio S.A.S, cuenta con una unidad de medición dinámica para el recibo de refinados del petróleo a través del poliducto Galán Chimitá por el cual se abastece como planta de almacenamiento y distribuidor mayorista. La gestión de todos los equipos que de alguna forma componen la unidad de medición es realizada directamente por Petromil S.A.S y por temas contractuales esta sometida a auditoría y seguimiento por parte de la vicepresidencia de transporte de Ecopetrol S.A. El planteamiento de un modelo de gestión de mantenimiento para la unidad de medición para transferencia de custodia (LACT) tolerante a fallas, parte desde la fase inicial de diseño e implementación de las tareas de control y mantenimiento al hardware y software que permitan prevenir, enmascarar y tolerar las fallas del sistema, orientados a mantener un proceso altamente confiable. El desarrollo e implementación de metodologías que permiten mejorar los procedimientos de mantenimiento y el seguimiento estadístico de ciertas variables en las unidades de medición LACT logra establecer ciertos límites de funcionamiento óptimo para cada uno de los equipos que afectan la medición dinámica y su control a través de la comparación con patrones para distintas magnitudes (volumen, temperatura, presión, corriente eléctrica, resistencia, etc) el resultado final se traduce en un monitoreo constante y en línea de los valores máximos de desviación permitidos, esto conlleva a la generación de distintas actividades de mantenimiento preventivo y proactivo basados en condición. En términos netamente financieros se busca lograr una alta disponibilidad, estabilidad y continuidad del proceso de medición aún en presencia de fallas sin sacrificar calidad en la medición dinámica de hidrocarburos, logrando un equilibrio económico positivo como premisa fundamental ya que si podemos determinar y cuantificar las desviaciones en la fase inicial de desarrollo se evitará que estos errores afecten el universo externo y genere averías y paradas en el sistema.
Diagnóstico de fallas en bombas hidráulicas de pistones axiales, aplicando redes neuronales artificiales (ann´s)
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Maradey Lazaro, Jessica Gissella; Borras Pinilla, Carlos; Diaz, Pedro
El trabajo descrito en este documento consistió en establecer una metodología para el diagnóstico de la falla de desgaste de plato de válvula en una bomba hidráulica de pistones axiales usando un banco de pruebas de 40HP de potencia, en el cual se indujeron 5 condiciones de falla asociadas con la pérdida de eficiencia volumétrica de la bomba. A partir de las señales de vibración y presión tomadas de la bomba en operación normal y operación de falla, se realizó análisis preliminar de las señales (corrección línea base, eliminación de tendencias, filtrado), las gráficas espectrales (Spectral Density Power, PSD) de cada una de las condiciones, la extracción de características mediante el uso de Wavelet Packet Transform (WPT), y por último el diseño de diferentes arquitecturas de red neuronal (NN) tales como Adaline, multilayer perceptron de una capa y dos capas, y dos redes no lineares, las cuales fueron entrenadas y validadas. Adicionalmente se implementó una técnica para selección de características de acuerdo a su significancia la cual es conocida Independent Features La metodología propuesta presenta resultados satisfactorios en las tareas de detección, clasificación y diagnóstico de la falla de desgaste de plato de válvula para bombas de pistones axiales logrando una precisión en la etapa de entrenamiento del 100% y en la etapa de prueba del 95.8% tomando las señales de vibración y de 100% en ambas etapas tomando las señales de presión. ----------------------------------------------------------------------------------------------------
Detección de fallas en bombas hidráulicas usando máquinas de soporte vectorial y metodos estadísticos
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Diaz Palencia, Fabian Horacio; Borras Pinilla, Carlos; Diaz Guerrero, Pedro Jose
El objetivo principal de este trabajo consiste en implementar técnicas avanzadas de detección y diagnóstico de fallas basándose en sistemas de aprendizaje, particularmente usar métodos estadísticos (análisis de componentes principales) y sistemas de aprendizaje (máquinas de soporte vectorial) para la detección y diagnóstico de fallas por perdida de eficiencia volumétrica debida a desgaste en el plato de válvulas en una bomba de pistones axiales, a través del uso de señales de vibración y presión utilizando un banco de pruebas en el cual se indujo la falla en cinco condiciones de severidad y una carga específica. El algoritmo de PCA se implementa para reducir la dimensión de los datos en el dominio del tiempo y luego de eliminar el ruido transformarlos nuevamente al espacio original lo cual permite detectar la existencia de la falla, luego algunos parámetros estadísticos son implementados para la extracción de las características del set de datos, estos se utilizaron para entrenar el algoritmo SVM multiclase uno contra el resto y usando validación cruzada se determinaron los parámetros óptimos y con los cuales se funda la arquitectura del modelo final para el entrenamiento del algoritmo SVM multiclase uno contra uno y el mejor desempeño en cuanto a precisión y tiempo de procesamiento se obtuvo con los Kernel lineal y RBF.
Evaluación térmica por métodos computacionales de un modelo de hornilla panelera
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Meneses Chacon, Edxon Stiven; Jaramillo Ibarra, Julian Ernesto; Mas De Les Valls, Elisabet
La panela es un producto derivado de la ca˜na de az´ucar. Este se prepara usando una hornilla tradicional ´ dise˜nada especialmente para este prop´osito. Seg´un estudios encontrados en la literatura, se identific´o que la eficiencia t´ermica de las hornillas paneleras es en promedio 30 %. Esta investigaci´on tiene como objetivo contribuir en la b´usqueda de nuevas soluciones para el mejoramiento de esta eficiencia, afectando principalmente el ducto de humos. El desarrollo de esta tesis es como sigue: primero, se realiza una evaluaci´on de los modelo num´ericos con casos benchmark. Se simularon dos casos muy conocidos, uno en convecci´on natural y otro en convecci´on forzada. Se hace ´enfasis en la importancia del fen´omeno de radiaci´on, el impacto del espesor ´optico y el efecto de ´este en los resultados. Luego, basado en la soluci´on de los anteriores, se realiza una simulaci´on en un caso simplificado. En ´este se realiza un proceso de validaci´on adicional siguiendo los lineamientos establecidos en la secci´on de los casos bencmark. Por ´ultimo, se eval´uan tres opciones de mejora. De estas, se rasaltan dos con resultados bastante prometedores. Una de ellas emplea l´aminas rectangulares ubicadas paralelas a la dicrreci´on del flujo. Todas las simulaciones en esta investigaci´on fueron realizadas con el c´odigo OpenFOAM.

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