Ingeniería Mecánica
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Browsing Ingeniería Mecánica by browse.metadata.evaluator "Chacon Velasco, Jorge Luis"
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Item Adaptación de banco de pruebas de combustión ciclónica para uso como quemador de lecho fijo y estudio experimental de la combustión de biomasa residual de Lippia Origanoides(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-14) López Vergara, Yesica Andrea; Reyes Sánchez, Juan Diego; García Sánchez, Gabriel Fernando; Rueda Ordoñez, Yesid Javier; Quiroga Mendez, Jabid Eduardo; Chacon Velasco, Jorge LuisEl presente proyecto de investigación plantea una metodología para el estudio experimental de la combustión biomasa residual, de producción local, Lippia Origanoides, se realiza la medición de la densidad y la granulometría de esta biomasa y se desarrolla el diseño de un quemador de lecho fijo a partir de la adaptación de un quemador ciclónico preexistente. Con el uso del software de Arduino y termopares adquiridos comercialmente se logró la representación gráfica de varios perfiles de temperaturas de los cuales se analiza su relación con los datos de granulometría y densidad de lecho. Se realizó un análisis de los gases de combustión por medio de la experimentación usando el analizador de gases marca testo 350 en el lecho fijo adaptado, donde se encontró la cantidad de CO2, O2 y NO resultante. Se observaron resultados coherentes al compararse con los de diversos autores, se espera que estos puedan servir para futuros estudios de la combustión de otras biomasas residuales sólidas.Item Adaptación de un sistema eléctrico para un patinete mecánico de uso como medio de transporte en la ciudad de Bucaramanga(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-20) Tarazona Chaparro, Santiago; Quiroga Mendez Jabid Eduardo; Meneses Florez, Jorge Enrique; Chacon Velasco, Jorge LuisEn Colombia, particularmente en la ciudad de Bucaramanga, las distancias de movilización por carretera son notoriamente cortas, pero los tiempos de los recorridos se tornan significativamente alargados debido a la congestión vehicular, la falta de vías adecuadas y la carencia de una estructuración eficiente en el sistema vial. En busca de una alternativa económica y sostenible se realizó este proyecto con el fin de brindar una posible solución adaptando un sistema eléctrico a un patinete originalmente mecánico que sea de fácil acceso para la población, brindando beneficios tanto para el usuario como para el medio ambiente por su bajo costo y la reducción de los gases contaminantes respectivamente. Para el desarrollo de este trabajo de grado se realizó una investigación de los patinetes más comerciales en Colombia, junto a estudios antropométricos y normatividad, para determinar el alcance que iba a tener el proyecto además de los parámetros y requerimientos de diseño. Posterior a esto se hizo un modelado en CAD del chasis, analizado por el software para calcular la resistencia de su estructura. Luego según los cálculos realizados se prosigue a seleccionar los componentes adecuados del sistema eléctrico mediante una matriz QFD y matrices Pugh para lograr su funcionamiento optimo, seguido por el proceso de ensamblaje y conexión del sistema. Finalmente, se efectúa la validación del prototipo con pruebas de ruta y se elabora un estudio económico para la viabilidad del proyecto.Item Análisis de la transferencia de calor en un proceso de termólisis asistido por un termosifón de sodio(Universidad Industrial de Santander, 2024-10-24) Arias Castro, Simón Octavio; Gamba Puentes, Cristian Gonzalo; Flórez Mera, Juan Pablo; Rueda Ordoñez, Yesid Javier; Chacon Velasco, Jorge Luis; Silva Ortiz, Pablo AndresLos combustibles fósiles han sido esenciales en el desarrollo energético, pero sus impactos ambientales impulsan la necesidad de una transición hacia energías más limpias y sostenibles. Este trabajo se centra en analizar la transferencia de calor en un proceso de termólisis asistido por un termosifón de sodio empleando una geometría extendida basadas en formas orgánicas que aumente la transferencia de calor y la superficie disponible en comparación con aletas convencionales, pues estas geometrías mejoradas aumentan la superficie disponible y mejoran la eficiencia térmica en comparación con las aletas convencionales. Bajo la dirección del propósito anterior se realiza una revisión que vislumbre un panorama acerca del tema investigado, el cual lleva al hallazgo de diferentes experimentos mediante ciclos termoquímicos y el uso de nuevos reactores o termosifones. Para esto, este trabajo se centró en una aleta tipo “piña de pino”, donde por medio de la adición de ramificaciones incremente la transferencia de calor gracias al aumento de área, con la limitante del Acero AISI 316 L como un material de baja conductividad.Item Caracterización de las matrices de coeficientes para una superficie transversal regular isotrópica implementando el método de elementos finitos de frontera escalada en ambiente Matlab(Universidad Industrial de Santander, 2024-02-21) Osorio Pinzon, Camilo Andres; Manrique Tarazona, Jeferson David; Gonzalez Estrada, Octavio Andres; Quiroga Mendez, Jabid Eduardo; Galan Pinilla, Carlos Andres; Pinto Hernandez, William; Chacon Velasco, Jorge LuisLos procesos de simulación permiten obtener soluciones aproximadas de diferentes fenómenos físicos, que enfrentan complejidad como: geometrías, condiciones de contorno o tipos de material. Implementando distintas técnicas a través de modelos matemáticos, se busca alcanzar un nivel de precisión cercano al comportamiento real que refleja el modelo físico en cuestión con el objetivo de mantener un costo computacional bajo. En este trabajo, se empleó el método de elementos finitos de limite escalado (SBFEM, por sus siglas en inglés), el cual se deriva del método de elementos finitos convencional (FEM), con el propósito de describir el procedimiento que se requiere para obtener las matrices de coeficientes con las que es posible generar la matriz de rigidez, la cual es utilizada en una gran variedad de aplicaciones mecánicas. Para empezar el desarrollo de nuevas técnicas, se creó un código que sirve como apoyo para estudiar las ondas guiadas, implementando este método generando las curvas de dispersión y discretizando la sección transversal de una guía de onda con un modelamiento tridimensional (3D) usando MATLAB como herramienta de programación.Item Colector de energía solar para transmitir energía mecánica a una bomba a través de un motor Stirling(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-12) Zambrano Florez, Yhosepth Alexander; Jaramillo Ibarra, Julian Ernesto; Garcia Rodriguez, Luis Fernando; Silva Ortiz, Pablo Andres; Chacon Velasco, Jorge LuisEl proyecto ‘‘Colector de Energía Solar para Transmitir Energía Mecánica a una Bomba a través de un Motor Stirling‘‘ ha permitido diseñar un sistema de bombeo de agua que funcione mediante un motor Stirling alimentado por energía solar. Ante la creciente demanda de energías limpias, este sistema se propone como una solución sostenible para reemplazar los combustibles fósiles, contribuyendo a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y como aporte a regiones apartadas en el suministro de agua. La energía solar se ha destacado por su capacidad para ser captada y transformada en energía útil mediante colectores solares, ofreciendo una fuente renovable y limpia. Basado en lo anterior, el objetivo de este proyecto es diseñar un sistema que logre un caudal de 4 litros por minuto a una altura de 3 metros, utilizando energía solar para accionar un motor Stirling. Este motor convierte la energía térmica en energía mecánica, que a su vez impulsa una bomba de agua. Primero, se dimensiona el sistema de captación de calor mediante un colector solar parabólico, analizando distintos tipos de colectores y evaluando su eficiencia en la transferencia de energía térmica al motor Stirling.En conclusión, el diseño desarrollado demuestra que un sistema basado en energía solar y un motor Stirling es una opción viable para aplicaciones de bombeo de agua. Este proyecto no solo ofrece una solución energética limpia y eficiente, sino que también puede ser implementado en diversas regiones, mejorando el acceso al agua y reduciendo el impacto ambiental.Item Desarrollo de un calentador de aire para secado industrial mediante el uso de la energía generada por quema de biomasa.(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-20) Díaz Mantilla, Santiago; Sánchez Kandia, Daniel Alejandro; Rueda Ordoñez, Yesid Javier; Franco Jácome, Diego Luis; Chacon Velasco, Jorge Luis; Jaramillo Ibarra, Julian ErnestoLos calentadores de aire para secado industrial son maquinarias esenciales en el mundo de la alimentación y se utilizan con frecuencia para llevar a cabo el proceso de secado en diferentes productos. En los últimos años, se han desarrollado tecnologías innovadoras que permiten utilizar los residuos de la agroindustria como fuente de energía renovable para los calentadores de aire. En este proyecto se ha desarrollado un modelo termodinámico para el diseño y simulación de un calentador de aire que utiliza un quemador ciclónico y un intercambiador de calor de tubos concéntricos. Para lograrlo, se llevó a cabo la caracterización de diferentes parámetros como la biomasa a utilizar y los materiales necesarios para el diseño. El objetivo principal del modelo termodinámico fue evaluar los parámetros característicos de la combustión, lo que permitió determinar de manera precisa el comportamiento térmico del calentador de aire y asegurar su eficiencia energética y sostenibilidad. Durante el desarrollo del proyecto, se pudo comprobar la alta capacidad energética del bagazo de caña y la resistencia del acero inoxidable 310 frente a diferentes componentes. Estas observaciones permitieron llevar a cabo un diseño óptimo para el calentador de aire, logrando una eficiencia del 78% en la transferencia de calor, según las conclusiones obtenidas.Item Diseño y Construcción de un Dispositivo Volteador de Residuos Orgánicos Para el Compostaje en Hilera(Universidad Industrial de Santander, 2023-02-28) Jonathan Gonzalez Camargo; Jaimes Rolón, Ricardo Alfonso; Chacon Velasco, Jorge Luis; Pinto Hernandez, WilliamDe acuerdo a las necesidades del Agroparque de la Universidad Industrial de Santander - U.I.S, como la minimización, manejo, aprovechamiento y confinamiento de los residuos orgánicos, se desarrolla este trabajo de grado que tiene como finalidad realizar el diseño y construcción del prototipo del Dispositivo Volteador De Residuos Orgánicos Para El Compostaje En Hilera de bajo costo y funcional, con la capacidad de satisfacer las necesidades del Agroparque, se diseña aplicando reingeniería a partir de elementos de máquinas y estructuras inservibles que se encuentran en el hangar del agroparque. A nivel socioambiental asiste a personas en el proceso de volteo controlando temperatura, olor, humedad y tiempo del proceso mientras el Dispositivo avanza volteando con una sola pasada a través de la pila y paralelo al tractor, también permite un mayor control de los animales que se acercan a la zona de compostaje. La configuración rotor-paletas en espiral, permite que los residuos volteados mantengan la forma trapezoidal del área transversal de la pila, reduciendo tiempos y costos de elaboración del compost generando orden y limpieza de los residuos orgánicos. Se convierten residuos patógenos en no patógenos, tratando de forma segura, económica y racional para el aprovechamiento en los cultivos; se entrega a los suelos nutrientes para mejorar la aireación, fertilidad, estructura y textura.Item DISEÑO Y MODELADO DE UN QUEMADOR HIBRIDO DE COMBUSTIBLE GASEOSO Y SOLIDO(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-25) Riachez Avila, Julian Stiven; Gomez Tarazona, Danny Alberto; Rueda Ordoñez, Yesid Javier; Franco Jácome, Diego Luis; julianriachez@hotmail.com; Chacon Velasco, Jorge Luis; Florez Mesa, Juan PabloRESUMEN TÍTULO: DISEÑO Y MODELADO DE UN QUEMADOR HIBRIDO DE COMBUSTIBLE GASEOSO Y SOLIDO*. AUTOR: Riachez Avila, Julian Stiven; Gomez Tarazona, Danny Alberto ** PALABRAS CLAVE: Quemador hibrido, quema de tipo ciclónica, caldera pirotubular. DESCRIPCIÓN: Como esfuerzo de mitigar el impacto ambiental de los procesos industriales y de encontrar nuevas fuentes de energía nace la necesidad de buscar otro tipo de combustibles diferentes a los de tipo fósil no renovables. Este proyecto tiene como finalidad presentar un diseño de quemador hibrido de combustible sólido y gas para implementar en una caldera pirotubular. A partir del uso de un combustible sólido tipo biomasa se busca reducir el uso de combustibles no renovables que cada día resultan más costosos de emplear en procesos industriales, como combustible gaseoso se usó gas natural. Se presenta un diseño en detalle de una caldera pirotubular para implementar el quemador hibrido, esta caldera consta de 48 tubos, cámara de combustión con entrada axial y tangencial de combustible y es de 4 Bhp. El diseño de la caldera está basado en las normas ASME. Para simular el comportamiento de la operación del quemador hibrido se desarrolló un modelo cero dimensional en EES (Engineering Equation Solver), que muestra cómo cambian las temperaturas de operación en la caldera dependiendo del uso de los combustibles. Para verificar la operación en un proceso experimental se adecuo un banco de laboratorio y se hicieron pruebas de estabilidad con cada combustible de manera individual y en funcionamiento simultaneo. *Trabajo de grado **Facultad de ingenierías Físico-mecánicas. Escuela de Ingeniería Mecánica. Director: Yesid Javier Rueda Ordoñez, Doctor en Ingeniería Química. Codirector: Diego Luis Franco Jácome, Doctor en Ingeniería Mecánica.Item Evaluación del potencial energético de los residuos médicos desechables (PPNT) como materia prima en un proceso de combustión(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-11) Luna Grisales, Andres Felipe; Moreno Jaimes, Juan Angel; Rueda Ordoñez, Yesid Javier; Florez Mera, Juan Pablo; Chacon Velasco, Jorge LuisDespués de la pandemia el uso diario de tapabocas y productos médicos desechables genero un aumento del contenido de residuos plásticos, de esta manera se vio como un reto innovador el uso de este tipo de residuos como materia de combustible, por lo cual se decidió estudiar el polipropileno en forma de tela no tejida (PPNT) para determinar su potencial energético a través de una caracterización térmica del material por medio de pruebas experimentales. Se realizó un análisis próximo con una adaptación a la norma ASTM-D3172 para las pruebas de humedad, volátiles y cenizas, obteniendo un porcentaje de humedad de 0,0168%, un contenido de volátiles del 99,66%, un contenido de cenizas de 0,3066% y un contenido de carbono de 0,0166%, se calculó el poder calorífico superior (PCS) del PPNT mediante la correlación de Parikh obteniendo el valor de 15,5405 MJ/kg, se calculó el PCI por medio del PCS obteniendo el valor de 12,6925 MJ/kg, mediante el modelo teórico de la temperatura de llama se estudió el comportamiento de la temperatura variando la relación aire-combustible obteniendo una relación máxima de 86,23 para 30 gramos y una mínima de 30,18 para 60 gramos, se determinó la temperatura teórica y se calculó la eficiencia del proceso obteniendo en apertura mínima 49% y apertura máxima un 80%, con fines ambientales se estudió las emisiones de la combustión con un analizador industrial Testo 350 comparando con la norma de calidad de aire en Colombia obteniendo para una muestra de 60 g los valores de un 21% de CO2, 4% de O2, 172 mg/m³ de NOx, 308 mg/m³ de SO2 y 8142 mg/m³ de CO, por último se calculó el potencial energético utilizando una cuantificación del polipropileno y junto al poder calorífico se obtuvo un valor energético de 6621 MW.Item Integración de las herramientas Python, ANSYS y Google Colab para el desarollo de objetos de aprendizaje para el curso de Análisis por Elementos Finitos.(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-12) Rodriguez Sanchez, Juan David; Garcés Martinez, Iván Jesús; González Estrada, Octavio Andres; Chacon Velasco, Jorge Luis; Del Jesús Martinez, ManuelLa ingeniería mecánica está en constante evolución, al igual que las herramientas utilizadas para analizar fenómenos físico-mecánicos. En el ámbito del Diseño, ANSYS se destaca como un software robusto para el análisis por elementos finitos (FEA), ampliamente empleado en entornos académicos y profesionales. No obstante, su curva de aprendizaje puede ser un desafío considerable para los estudiantes, por lo que resulta crucial desarrollar recursos educativos que faciliten su comprensión. Recientemente, lenguajes de programación como Python han emergido como un complemento valioso en ingeniería, gracias a sus numerosas bibliotecas especializadas. En particular, su integración con ANSYS mediante la librería PYMAPDL ofrece una oportunidad para simplificar el aprendizaje del software. Este estudio investiga el uso de Python y Google Colab para crear objetos de aprendizaje que introduzcan a los estudiantes en el uso de ANSYS. Se abordan cuatro problemas de ingeniería mecánica como estudios de caso a través de una aplicación web, que ilustra y parametriza cada problema. Los estudiantes evaluan esta implementación para comprobar su efectividad en mejorar la curva de aprendizaje y la experiencia en el curso de Elementos Finitos.Item Planteamiento de la estructura celular de un metamaterial para el diseño y construcción de un eje de transmisión de potencia fabricado mediante manufactura aditiva(Universidad Industrial de Santander, 2023-10-29) Gonzalez Martinez, Dayana Vanessa; Chacón Acevedo, Juan Pablo; Sánchez Acevedo, Heller Guillermo; Díaz Ramírez, German Adolfo; Chacon Velasco, Jorge Luis; Jaimes Rolon, Ricardo AlfonsoLa implementación de nuevas técnicas de manufactura, como la impresión 3D, ha abierto nuevas posibilidades de estudio en la forma en que se diseñan las estructuras. Un ejemplo de esto es el campo de los metamateriales, que presentan geometrías y características poco comunes en la naturaleza. En el ámbito de la ingeniería, se busca obtener elementos mecánicos que tengan un rendimiento alto en términos de su relación peso-eficiencia, y los metamateriales se perfilan como una opción prometedora en este sentido. Este trabajo se enfoca en el diseño y prueba de un eje sometido a torsión utilizando dos tipos de metamateriales mecánicos: uno con una estructura tipo rejilla y otro con una estructura tipo hélices. Inicialmente, se propusieron seis diseños con el objetivo de evaluar el comportamiento de las celdas unitarias, tres de cada tipo de estructura. Estas propuestas se caracterizaron mediante análisis estáticos realizados en ANSYS. Entre las estructuras evaluadas, se identificaron como las más prometedoras la estructura tipo "Honeycomb" y la estructura de "Hélices Radiales". Posteriormente, se llevaron a cabo análisis adicionales para determinar cómo se comportaban estas estructuras al variar su longitud y diámetro. También se realizaron análisis modales para identificar los primeros seis modos de vibración asociados con las frecuencias naturales de cada estructura en cada etapa del proyecto. Para evaluar el comportamiento de estas estructuras en un entorno real, se diseñaron y fabricaron los dos ejes con las mejores alternativas utilizando el método FDM de manufactura aditiva, empleando PLA común y PLA reforzado. Además, se construyó un banco experimental que incorporo un motor eléctrico al que se acoplaron los ejes. En este, se montó un mecanismo de frenado que permitió simular la transmisión de potencia y evaluar el comportamiento cualitativamente de los ejes ante la torsión. También se realizó un Análisis Modal Experimental (EMA) en donde se validaron los resultados de los modos de vibración obtenidos en las simulaciones computacionales.Item Prototipo de un sistema de secado artificial de cacao con recámara móvil para la materia prima(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-28) Cruz Monar, Sergio David; Rodríguez Álvarez, Camilo Andrés; Jaramillo Ibarra, Julián Ernesto; Florez Mera, Juan Pablo; Chacon Velasco, Jorge LuisEn Colombia la industria del cacao es de vital importancia, especialmente en el departamento de Santander que presentaba el 38% de la producción nacional para el año 2020, el principal método de secado es el secado natural, exponiendo los granos a radiación directa del sol, este método tiene problemas de dependencia al clima, además del prologado tiempo de secado que puede llegar a ser de 7 días; a fin de la optimización y aporte a la industria se propone el diseño de una máquina de secado artificial mediante convección forzada, que desligue el secado de la inestabilidad del clima y siendo una alternativa de bajo costo en el mercado, de tal manera que un pequeño productor de cacao pueda dar valor agregado al producto con bajo costo de inversión. El diseño se apoya principalmente en modelos de transferencia de calor y masa para la obtención de parámetros de operación necesarios, con tal de que se cumplan los requerimientos planteados, siendo estos el secado del grano de cacao a una temperatura de 45°C ±3°C en un tiempo de 2 horas. Se prioriza tener un costo de compra bajo en el mercado, resultando esto en un tamaño reducido de la máquina. Finalmente se obtiene un prototipo de una máquina de secado de granos de cacao de bajo costo relativo al mercado, la cual realiza el proceso manteniendo los granos a 45°C ±3°C, en un tiempo de 1 hora 39 minutos y un costo de $1500000.