Maestría en Ingeniería Mecánica

Permanent URI for this collection

https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9018

Browse

Now showing 1 - 20 of 44

"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.
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.
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.
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.
Sistema de deteccion disgnostico y tolerancia a fallas en un servoactuador hidraulico
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Ortiz Beleño, Juan Felipe; Borras Pinilla, Carlos
Con el fin de promover la investigación y construcción de conocimiento en Sistemas de Mantenimiento Predictivo se llevó a cabo una metodología basada en control lineal, no lineal y redes neuronales artificiales para el desarrollo de un sistema de detección, diagnostico y tolerancia a fallas en un servoactuador hidráulico. Con base en el sistema físico, se planteó un modelo matemático para diseñar los algoritmos de control lineal y no lineal (PID, LQR, LQG) buscando lograr un control de posición tolerante a fallas por ruido, realizando simulaciones y pruebas reales con la mesa sísmica uniaxial del laboratorio de Sistemas Dinámicos. Se implementó un sistema de bypass para simular cinco condiciones de fallas por fugas internas en el interior del pistón de un servoactuador hidráulico (0 %), 25 %,50 %,75 % y 100 %). Se tomaron datos de posición para señales seno y cuadrada de frecuencia 0.2Hz, 1Hz y 5Hz para posteriormente realizar el debido procesamiento de señales y extracción de características, obteniendo una matriz de características y de objetivos. Con estas matrices se construyeron tres arquitecturas de red neuronal (adaptativa lineal, perceptron multicapa de una capa oculta y perceptron multicapa de dos capas ocultas) con el fin de obtener un sistema capaz de detectar y clasificar estas fallas por fugas internas. La metodología y los algoritmos desarrollados presentaron resultados satisfactorios en términos de tolerancia a falla al obtener una reducción del error en casi un 40 %, así como la correcta detección, clasificación de las fallas con una presición del 95 %.
Sistema de control optimo para una mesa sismica uniaxial
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Sarmiento Ramos, Jose Luis; Borras Pinilla, Carlos; Villamizar Mejia, Rodolfo
El presente proyecto de investigación presenta el modelado dinámico y matemático, la identificación de sistema, y el diseño e implementación de cuatro sistemas de control basados en la formulación LQR para la mesa sísmica hidráulica uniaxial del grupo de investigación DICBoT de la Universidad Industrial de Santander. El modelo dinámico y matemático fue obtenido usando ecuaciones diferenciales basadas en la teoría de la hidráulica y las leyes físicas, y sus parámetros desconocidos fueron estimados usando el método grey-box model identification cuando el sistema fue excitado con una señal chirp. Se diseñó un sistema de control para el seguimiento de señales sísmicas de aceleración y desplazamiento compuesto por un generador de comando, un sistema de realimentación y un observador. Se investigaron cuatro sistemas de realimentación basados en la formulación LQR: la adaptación del regulador lineal cuadrático (LQR) para servosistemas, el control lineal cuadrático integral (LQI), el seguidor lineal cuadrático (LQT) y una variación del LQT, llamada en este trabajo LQTβ. Los sistemas de control propuestos fueron implementados en la mesa sísmica del grupo de investigación DICBOT y evaluados en términos de reproducción de la aceleración y el desplazamiento, repetibilidad de la aceleración y desplazamiento, y consumo de energía; los resultados fueron contrastados con un control PID convencional.
Analisis, diseño y simulacion de un control robusto para un robot paralelo de 3 grados de libertad / katherin duarte baron ; director carlos borras pinilla
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Duarte Baron, Katherin; Borras Pinilla, Carlos
Los robots paralelos se han incursionado en la industria con el paso del tiempo, siendo una de sus múltiples aplicaciones, la simulación del movimiento en el sector automotriz. De acuerdo con la historia, la configuración de la plataforma que se conoce actualmente como plataforma Stewart realmente corresponde a la plataforma planteada por Gough para el ensayo de neumáticos, sin embargo, fue el artículo publicado por Stewart el que tuvo gran impacto en la robótica paralela, ya que a pesar de que la arquitectura planteada por él no ha tenido aplicación práctica, el análisis cinemático y de movimiento planteados, la aplicación propuesta y la descripción de la estructura de Gough, se hicieron populares y abrieron las puertas al estudio de este tipo de estructuras. Desde esa época hasta la fecha se han establecido parámetros para determinar las diversas configuraciones y clasificar los robots paralelos. El objetivo de este trabajo es simular la cinemática, la dinámica de un robot paralelo de tres grados de libertad y desarrollar una estrategia de control robusto, para lo cual se realiza una búsqueda de la información relacionada con robots paralelos, de manera general, empezando con las diversas configuraciones de acuerdo con la aplicación de cada uno. Así mismo, se investiga sobre análisis cinemáticos y dinámicos que sirven de base para establecer el modelo matemático del robot, por otra parte se estudian las diferentes estrategias de control utilizadas en algunas de estas plataformas y las que mejor desempeño han mostrado en robots seriales, de forma que se proponen las leyes de control a diseñar.En cuanto al modelo matemático, primero se hace el análisis de movilidad, luego el cinemático y a diferencia de los robots seriales, en los que se realiza primero la cinemática directa y a partir de ésta la cinemática inversa, en los robots paralelos, se debe realizar primero la inversa y encontrar las longitudes de los actuadores para una posición y orientación determinadas de la plataforma móvil. Luego se puede encontrar la cinemática directa, ya que para hallarla, es necesario utilizar un método numérico. Una vez halladas las expresiones de la cinemática, se procede a determinar los términos de la ecuación dinámica característica de cualquier robot paralelo, para lo cual se pueden emplear diversos métodos, así como se hace en los robots seriales, tales como Newton - Euler, Euler - Lagrange, el principio de trabajos virtuales, entre otros. En el desarrollo del libro se muestra el planteamiento usando el método de Newton - Euler y el de Euler - Lagrange, para efectos de la simulación, se implementan las ecuaciones de Euler - Lagrange, ya que el tiempo de cómputo es menor. Después de conocer la dinámica se plantean diversas estrategias de control con el fin de comparar el desempeño entre ellas y analizar cuál presenta un mejor desempeño ante diversas trayectorias deseadas. Por último se realizan las simulaciones correspondientes al modelo matemático y al control, se analizan los resultados, concluyendo y se proponen trabajos futuros.
Viabilidad técnica de un sistema de climatización deotermica para edificaciones sostenibles en el trópico
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Peñaloza Peña, Sergio Alexander; Jaramillo Ibarra, Julian Ernesto
La actividad constructora es una de las mayores consumidoras de recursos naturales. Las edificaciones en su vida útil son responsables de generar el 30% de las emisiones de CO2, producen un 40% de los residuos humanos y requieren aproximadamente el 40% de la energía global para su funcionamiento. Se han hecho esfuerzos globales enfocados en la reducción del consumo, aumento de la eficiencia de los sistemas y el uso racional de los recursos naturales. Una de las alternativas para la climatización eficiente es el uso de la energía geotérmica en sistemas de intercambio térmico Earth to Air Heat Exchanger (EAHE). Por tanto, Con el propósito de adoptar iniciativas de construcción sostenible que disminuyan el consumo energético y el impacto ambiental, este trabajo de investigación busca evaluar la viabilidad técnica y económica de un intercambiador geotérmico EAHE para ser implementado en edificaciones en el trópico, específicamente en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Industrial de Santander. Para ello, de determinaron las propiedades termo físicas y comportamiento térmico del terreno en el sitio de interés, se caracterizó el espacio a acondicionar, se modelo matemáticamente el intercambiador, se definió un diseño, y se realizaron algunas consideraciones económicas. Finalmente, se concluye que el intercambiador tiene la capacidad de realizar una entrega de aire con una temperatura de entre 20 y 24°C durante los días del año, lo anterior, sin sufrir efectos de sobrecarga térmica en el terreno, y dando viabilidad técnica y económica al proyecto estudiado.
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.
Assessment of thermal decomposition of rice husk and its blend with rice straw
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Serrano Bayona, Raúl Andrés; Rueda Ordoñez, Yesid Javier; Maradei García, María Paola; Gelvez Arocha, Omar Armando
Actualmente, en países en desarrollo, el residuo agrícola de la industria arrocera, específicamente la cascarilla de arroz la cual es recogida en los molinos es quemada para obtener calor en calderas para vapor y en secadores de aire, y la paja de arroz que es obtenida en la etapa de cosecha, es dejada en el campo como un fertilizante complementario. Este trabajo tiene como objetivo el estudiar la mejora de las características térmicas y evaluar el rendimiento en masa de productos y sus composiciones obtenidas de la combustión, pirólisis y gasificación de los residuos de la industria arrocera en el departamento de Casanare, mediante la adición de paja de arroz a la cascarilla de arroz. Así, este trabajo comparó el comportamiento de la descomposición térmica de estos dos materiales de biomasa mediante análisis termogravimétrico en atmósfera inerte y oxidativa. El mecanismo de reacción que describe el proceso de descomposición térmica fue determinado también, seleccionado de los modelos de reacción global, reacciones paralelas independientes y reacciones consecutivas. Un analizador de gases fue usado en el montaje experimental del proceso de combustión para la medición de emisiones. Las pruebas de pirólisis fueron realizadas mediante un montaje con un reactor usando N2 como gas de arrastre y variando la temperatura del proceso, con el fin de medir los rendimientos de masa de bioaceite y biochar. Para la realización del proceso de gasificación, un montaje similar fue usado, donde aire comprimido fue suministrado de acuerdo con la relación de equivalencia (ER). Después, la composición del gas de síntesis obtenido fue medida en un cromatógrafo de gases. Los análisis próximos, últimos y estructurales fueron llevados a cabo bajo estándares de la ASTM, al igual que el análisis de calorimetría en base húmeda para determinación del poder calorífico. El porcentaje de desviación promedio (AD %) menor al 5% fue considerado como un criterio estadístico para evaluar la exactitud en los resultados experimentales. Los resultados obtenidos de este trabajo presentaron un valor mayor de poder calorífico en las muestras de paja de arroz, siendo más adecuada para el proceso de combustión. Sin embargo, la relación de aire en exceso dió la influencia directa más representativa sobre este mismo proceso. Esto es opuesto a la tendencia encontrada en la pirólisis y gasificación, donde la temperatura del reactor fue establecida como un factor y fue la más influyente sobre estas conversiones térmicas. Finalmente, el modelo cinético que representó mejor el proceso de descomposición térmica fue el de reacciones consecutivas.

Browse

Browsing Maestría en Ingeniería Mecánica by Issue Date

Results Per Page

Sort Options