Escuela de Ingeniería Mecánica

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    Análisis dinámico y control de un brazo robótico de tres grados de libertad usado para fines de rehabilitación en medicina
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-03-30) Grandas Franco, Jean Carlo ; Borrás Pinilla, Carlos ; Duarte Gualdrón, César Antonio ; Carreño Zagarra, Jose Jorge
    El uso de brazos robóticos para la rehabilitación pasiva de pacientes que han sufrido una apoplejía ha ido ganando relevancia, teniendo en cuenta que puede ayudar al personal médico a realizar sus tareas adecuadamente. Sin embargo, cuando se trata de controlar este tipo de dispositivos, normalmente hay que lidiar con las no linealidades resultantes del modelo matemático de los brazos robóticos, como es el caso de un brazo articulado de tres grados de libertad (3DoF). Además, al tratar a pacientes reales, hay que tener en cuenta las incertidumbres y limitaciones eventuales, así como la reducción adecuada de las señales de error. Para el caso de estudio, se implementaron dos estrategias de control: PID y Control de Modo Deslizante. Para ambos casos, se implementó la planta no lineal como sistema a controlar, aunque para el PID no es obligatorio un modelo matemático. Para el SMC, en cambio, este no es el caso, pero proporciona una señal de control robusta que es capaz de operar incluso en presencia de ruido blanco, ya que se añadió un filtro de Kalman extendido. El modelo matemático del brazo robótico 3DOF se derivó de la formulación de Euler-Lagrange, que se basa en ecuaciones de energía. Para ambas estrategias de control, el sistema se implementó en Simulink. Aunque ambas muestran un alto rendimiento en términos de tiempo de establecimiento, el SMC ofrece los mejores resultados en términos de costes de energía, que pueden ser fácilmente establecidos con una combinación de la estrategia de control LQG. Dado que la compensación de peso se consideró para el diseño de la planta "brazo robótico", el control podría aplicarse para un prototipo de robot real y es escalable en términos de parámetros físicos y de las fuerzas de compensación requeridas.
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    Simulación en CFD tridimensional de una cámara de gases de quemador de biomasa en OpenFOAM
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-03-31) Gómez Sepúlveda, Óscar Alfonso ; Jaramillo Ibarra, Julián Ernesto ; Chaves Guerrero, Arlex ; Chacón Velasco, Jorge Luis
    La crisis climática global ha afectado los diferentes aspectos de la vida humana, y en el afán de revertir los efectos generados se busca optimizar y mejorar los equipos y plantas que producen altas emisiones de CO2 siendo posible alcanzarlo mediante las simulaciones numéricas. Dentro de estos equipos se encuentran las cámaras de combustión de biomasa. El objetivo de esta investigación es visualizar el comportamiento térmico de una cámara de gases que se usa en el proceso de obtención de extractos vegetales. La simulación se lleva a cabo con OpenFOAM teniendo en cuenta la conservación de la energía, la turbulencia y la radiación, para efectos de la simulación se omite la combustión y se reemplaza por generación de calor. Dentro de los resultados se analizan las líneas de corriente generadas por los flujos primario y secundario con el objetivo de visualizar si éstos generan el efecto esperado y se aprovecha la energía al máximo. La inclusión de la radiación, busca comparar su influencia y además simplificar los tiempos computacionales para realizar análisis de la malla. Se realiza un análisis con geometrías simplificadas y con datos experimentales para corroborar la selección de los modelos a utilizar y se obtiene que para la turbulencia el adecuado es el k-w estándar. Como medio de verificación, se realiza un balance de energía general y se compara con los resultados del análisis numérico, donde el error es del 1.67 % lo que se considera aceptable. A partir del planteamiento de opciones de mejoras se encontró que con la implementación de aletas se puede incrementar la transferencia de calor hasta en un 7.3 %.
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    Evaluación diseño y aplicación de prueba de indicador de salud para las calderas del departamento de servicios industriales de la refinería de barrancabermeja
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T03:53:57Z) Galván Vargas, Sergio ; Ortíz Plata, Daniel
    El presente trabajo tiene como objetivo realizar un método para determinar los índices de salud de los activos en las calderas del Departamento de Servicios Industriales Refinería, los cuales son fundamentales para la generación de vapor y el suministro al interior de la refinería para sus procesos. Estos activos (calderas) llevan una delicada gestión y para esto es necesario conocer los síntomas en sus componentes y así tener una predicción para la prevención de fallas y que acciones ejecutar para mantener el control sobre estas. Es bajo estas condiciones que diferentes métodos, técnicas y filosofías se han visto desarrolladas, buscando monitorear de forma constante diferentes variables en los activos. Se parte de una reseña bibliográfica de las metodologías utilizadas en los activos de la industria, la historia de la gestión y las políticas de gestión y mantenimiento de activos dentro de la empresa, para así desarrollar una tesis de las últimas prácticas del Asset Health Management desde un punto de vista integral. En función de estas, y de las recomendaciones de diferentes autores y normativas, se desarrolló una metodología que busca normalizar un proceso lógico de pensamiento, que no sea robusto y considere la experiencia a cualquier activo que se desee analizar, que, tenga en consideración la sintomatología de falla, y como esta puede ser evaluada con las herramientas ya implementadas en la empresa, logrando establecer modelos de gestión de falla. Se expone el Caso de Estudio a las Calderas del Departamento de Servicios Industriales Refinería, la parte de los componentes estáticos del equipo analizado al detalle bajo la metodología propuesta. Finalmente se concluye estudiando la posibilidad de expandir la metodología a cualquier tipo de activo y las ventajas que tendría la integración con nuevas tecnologías en Plantas de Generación Térmica, presentando las ventajas y desventajas de la metodología propuesta.
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    Modelo de gestión para determinar plan de cambio de bastidores y orugas aplicando machine learning en la flota de tractores de orugas de cerrejón
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T03:53:57Z) Gómez Mercado, Pedro Saúl ; Borrás Pinilla, Carlos
    Cerrejón es una compañía minera de explotación de carbón que se ha visto afectada por la caída drástica del precio del carbón en el último año, lo que la ha llevado a buscar estrategias que la ayuden a seguir siendo una mina costo efectiva y vigente en el mercado. En este proyecto se propone la incorporación de técnicas avanzadas de mantenimiento basadas en el análisis de datos por medio de aprendizaje automático que permitan la optimización de la estrategia de cambio de los componentes bastidores y orugas. En este trabajo se estudia y determinan los principales modos de fallos de los componentes del tren de rodaje y a partir del registro histórico de sus fallas y el uso de machine learning con el software Matlab. Se determinó un modelo de aprendizaje supervisado de Maquina de soporte vectorial que permite clasificar la condición de desgaste y condición de operación normal, de acuerdo con las mediciones del porcentaje de desgaste de las partes de estos componentes y sus horas de operación, con una precisión de 98% para las orugas y 100% para bastidores. Con este modelo se busca tomar decisiones asertivas con respecto al cambio de estos componentes que permitan reducir al máximo los fallos imprevistos o no programados.
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    Chimeneas solares como alternativa de ventilación natural en Bucaramanga
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-05-16) Ardila Sánchez, Omar Andrés ; Quiroga Méndez, Jabid Eduardo ; Muñoz Maldonado, Yecid Alfonso ; Rueda Ordóñez, Yesid Javier
    En el presente trabajo de investigación se propuso y desarrolló una metodología para calcular el con- fort térmico obtenido al usar la chimenea solar como un medio de ventilación natural en la ciudad de Bucaramanga (7◦07′07′ N, 73◦06′58′′ O). Inicialmente, se implementó un modelo teórico para estimar la irradiancia solar incidente en las paredes del recinto y en el captador de la chimenea solar. Seguidamente, fue desarrollado y programado en el software MATLAB® un modelo teórico en estado estable para predecir el flujo de aire inducido por la chimenea solar, basado en modelos reportados por la literatura especializada. Se tuvo en cuenta el cálculo de las cargas térmicas del recinto usando el método de Series Temporales Radiantes (RTSM). Posteriormente, se construyó un modelo numérico tridimensional en estado estable para hacer un estudio paramétrico y determinar la geometría más conveniente para la ubicación geográfica de estudio. Se usó el software comercial ANSYS-FLUENT® para resolver las ecuaciones gober- nantes del modelo numérico y se validaron los resultados obtenidos con un banco experimental a escala el cual simuló un recinto cúbico con una chimenea solar adosada. Finalmente, se evaluó el confort térmico para el día promedio de cada mes de acuerdo al método adaptativo de la Norma AISI/ASHRAE-55 2017. Los resultados obtenidos mostraron que la metodología propuesta fue efectiva para determinar el confort térmico obtenido con la chimenea solar. Además, se encontró que una chimenea solar de 4 metros de longitud, con una inclinación de 55◦ adosada a un recinto de 27 metros cúbicos ubicado en Bucaramanga, puede proporcionar confort térmico según los términos definidos en la Norma AISI/ASHRAE-55 2017, sin que haya una afectación significativa en los costos de construcción.