Doctorado en Ingeniería Mecánica

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    Análisis de la falla progresiva en materiales compuestos de manufactura aditiva reforzados con fibras continuas
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-11-14) León Becerra, Juan Sebastián; González Estrada, Octavio Andrés; Pinto Hernandez, William; Pertuz Comás, Alberto; Martínez Díaz, Elkin; Valbuena Niño, Ely Dannier; Díaz Rodríguez, Jorge Guillermo; Villegas Bermúdez, Diego Fernando; Sánchez Acevedo, Heller Guillermo
    La presente tesis doctoral describe el análisis de la falla progresiva en materiales compuestos de manufactura aditiva. Se propone como objetivo implementar y validar un modelo de daño progresivo para piezas de materiales compuestos de fabricación aditiva a la vista de los parámetros de proceso, mecanismos de falla, y microestructura generada. Inicialmente parte de un estudio a las propiedades mecánicas más relevantes para el diseño como son la rigidez y la resistencia usando para ello una formulación del método de promediado volumétrico de rigideces junto con expresiones micromecánicas que considera la topología de la parte. En seguida, la tesis aborda el estudio de diferentes parámetros de proceso que afectan las propiedades mecánicas, se hace énfasis en la dirección de impresión, la fracción volumétrica de fibras y en el ángulo que estas forman con la carga, basado en un enfoque con diseño de experimentos. Estos resultados son comparados con modelos basados en datos evaluando su desempeño. En un tercer tiempo la tesis analiza la falla de estos materiales al considerar laminados de varias capas en diferentes ángulos para ello propone el uso de la mecánica de daño continuo explorando su aplicabilidad a estos materiales con niveles altos de porosidades y defectos iniciales. La validación del modelo es realizada mediante la técnica de correlación digital de imágenes en un ensayo tipo open hole. Los resultados muestran que: considerar las propiedades de las estructuras celulares mejoran la exactitud de los modelos, los modelos micromecánicos predicen de mejor manera que los modelos basados en datos las propiedades mecánicas, es posible aplicar un modelo basado en la mecánica del daño continuo a piezas de fabricación aditiva, se establecen los mecanismos de daño en materiales compuestos de manufactura aditiva, y finalmente se ahonda en los factores que pueden contribuir al error en la validación.
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    Evaluación del bagazo de Lippia origanoides como combustible para sistemas de combustión de baja potencia
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-03-06) García Sánchez, Gabriel Fernando; Chacón Velasco, Jorge Luis; Rueda Ordóñez, Yesid Javier; Fuentes Díaz, David Alfredo; Martínez Morales, Jairo René; Amaris Castilla, Carlos Fidel; Patiño Vilas, David; Lapuerta Amigo, Magín; Martínez, Manuel del Jesús; Chávez Guerrero, Arlex
    La combustión es el proceso más utilizado para generar energía a partir de la biomasa, pese a que es un proceso muy antiguo todavía hay retos por superar en materia de eficiencia y falta de conocimiento de las propiedades de potenciales combustibles. En el presente trabajo se reporta la caracterización del bagazo de Lippia origanoides, proveniente del proceso de extracción de aceites esenciales, y el desarrollo de un modelo CFD bidimensional para el estudio de su desempeño en la combustión. El trabajo inicia con una completa revisión del estado del arte sobre el modelado de la combustión de biomasa sólida, continúa con la determinación de las propiedades de la biomasa mencionada y finaliza con la descripción, validación y aplicación del modelo CFD de combustión. Se estudiaron tres tipos muestras de la biomasa: tallos, hojas y mezcla de hojas y tallos; a las cuales se les determinaron sus composiciones elemental y próxima, densidad, poder calorífico y curvas termogravimétricas en atmósferas inerte y oxidante. A partir de los análisis termogravimétricos se determinaron indicadores del desempeño de la combustión y se realizó un estudio cinético de la descomposición térmica y oxidación por medio de los modelos de Friedman, Kissinger y reacciones paralelas independientes. El modelo CFD de la combustión fue implementado en OpenFOAM, validado con datos experimentales tomados en dos tipos de quemadores alimentados con tres tipos de biomasa y posteriormente utilizado para estudiar el proceso con bagazo de Lippia origanoides como combustible. Tanto los modelos cinéticos como el de combustión global lograron resultados acordes con las mediciones experimentales, con desviaciones inferiores al 5% y 13% respectivamente, salvo contadas excepciones. Se encontró que las muestras de tallos presentan propiedades y desempeño similares a otras biomasas utilizadas como combustibles sólidos, mientras que la presencia de hojas causa una disminución en la eficiencia del proceso.