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

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
Adaptación y evaluación del desempeño de un generador electrónico utilizando biogás como combustible
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Patiño Molina, Franklin Julián; Chacón Velasco, Jorge Luis; Jaramillo Ibarra, Julián Ernesto; Castellanos Olarte, Javier Mauricio
El presente trabajo aborda la adaptación de un motor de encendido por chispa utilizando un mezclador tipo Venturi dimensionado según la metodología de Von Miztlaff. Se desarrollaron pruebas experimentales que permitieron generar una línea base para los parámetros de desempeño del motor, consumo y potencia desarrollada. La optimización se realizó utilizando el software de dinámica de fluidos computacional ANSYS FLUENT y la técnica estadística boxBenken. El objetivo fue encontrar una combinación de parámetros geométricos del mezclador (área de garganta venturi, área de entrada de biogás y número de orificios de entrada) que permitiera mejorar la respuesta en cuanto a la relación airecombustible, la caída de presión generada y la calidad. de la mezcla de la corriente de aire y el biogás. El uso de la tecnología de impresión 3D permitió la construcción de modelos CAD de los mezcladores básicos y optimizados para sus pruebas operativas, las cuales fueron desarrolladas utilizando gasolina y biogás como combustible para el motorgenerador. Además, se utilizó un carburador comercial LPGGN para establecer la línea base de comparación del motorgenerador alimentado por un combustible gaseoso. Dichas pruebas se desarrollaron en un banco de pruebas diseñado y construido durante el presente trabajo de investigación utilizando elementos de registro y adquisición de datos de fuente abierta
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.
Análisis de ciclo de vida y análisis exergético de ciclo de vida basados en la metodología de las normas ISO 14040-44 para la bio-planta piloto de aceites esenciales y extracto vegetal proyectada en el marco del programa Bio-Reto XXI 15:50
(Universidad Industrial de Santander, 2023-08-09) Mantilla Álvarez, Nicolás Andrés; Jaramillo Ibarra, Julián Ernesto; Rueda Ordóñez, Yesid Javier; Holguín, Aída Luz
Partiendo de que la extracción de aceites esenciales ha tomado repercusión considerable en industrias trascendentales para la economía, resulta indispensable la investigación en este tema, apuntando a tener ciclos de producción sostenibles ambiental y energéticamente. Específicamente, como respuesta a esta necesidad, en el programa BioReto XXI 15:50 se proyectó e instaló una planta piloto de producción de aceites esenciales, denominada Biofábrica. En concreto, este trabajo se dedicó a la aplicación de un ACV, utilizando los métodos sugeridos por ILCD para las categorías de calentamiento global, agotamiento abiótico fósil y demanda de exergía acumulada, complementados por balances exergéticos, mediante lo cual fue posible comparar el desempeño ambiental y energético de la línea de producción de Biofábrica frente a una línea de referencia basada en tecnologías convencionales. Los resultados mostraron que en Biofábrica se consigue una reducción del impacto en las categorías de calentamiento global y agotamiento abiótico de 34% y 54% respectivamente; mientras tanto, para la demanda exergética acumulada se halló un aumento del 11%, debido a mayor consumo eléctrico por la adición de más equipos. Empero, la realización del análisis exergético de los procesos de planta mostró que, a pesar de lo anterior, la pérdida de exergía en Biofábrica es un 31% menor a la del escenario de referencia, cosa que se traduce también en una reducción en costos de producción desde un punto de vista termoeconómico. Lo anterior, se logra mediante los principios de aprovechamiento integral de recursos, que se manifiestan al utilizar material vegetal como combustible y aprovechar el potencial térmico de los gases de combustión que, de otro modo, serían desechados.
Análisis del crecimiento de la plántula Coffea arabica mediante la implementación del aprendizaje automático en la agricultura de precisión
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-28) Hernández Salazar, Cristian Andrés; González Estrada, Octavio Andrés; Argüello Plata, Juan David; Díaz Rodríguez, Miguel Ángel; Ríos Díaz, Yennifer Yuliana
La creciente demanda global de alimentos requiere incrementar la productividad agrícola mediante tecnologías modernas. Este estudio explora la aplicación de inteligencia artificial (IA) en la agricultura de precisión para cultivos de Coffea arabica. En la finca Los Ángeles, ubicada en el Páramo, Santander, se sembraron 66 plántulas de Coffea arabica, variedad Castilla, en un área de 18 m² dividida en cuatro zonas: control, riego, fertilización y una combinación de ambos. Durante seis meses (180 días), el dispositivo FarmBot, equipado con sensores y cámaras, monitorizó las plántulas, registrando datos sobre riego, temperatura, precipitación y crecimiento de las plantas. El FarmBot demostró ser efectivo en el seguimiento de las plántulas, con la Zona A (control) mostrando el mayor crecimiento en altura (39 cm) y diámetro (52 cm) después de seis meses (180 días). Las Zonas B (riego), C (fertilización) y D (combinación) también presentaron variaciones significativas, evidenciando la importancia de un manejo adecuado del riego y los fertilizantes. Para el análisis de las plantas, se utilizaron técnicas de segmentación de imágenes basadas en modelos de color HSV y LAB, lgoritmos de clasificación Naïve Bayes y redes neuronales U2- net. La predicción del crecimiento se realizó mediante modelos LSTM, validados con una validación cruzada k-fold, mostrando una pérdida mínima en los últimos pliegues y una proyección precisa del crecimiento en diámetro y altura durante 30 días. La implementación de IA en la agricultura de precisión demostró ser efectiva para mejorar la eficiencia y sostenibilidad del cultivo de Coffea arabica. Los datos precisos obtenidos por el FarmBot, combinados con técnicas avanzadas de segmentación y modelos de predicción, permitieron optimizar el manejo del riego y la fertilización. La validación cruzada del modelo LSTM confirmó su fiabilidad para predecir tendencias de crecimiento, resaltando la importancia de ajustar las condiciones de cultivo para maximizar el rendimiento.
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.
Análisis térmico del sistema de evaporación-condensación para el tratamiento de aguas residuales avícolas
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-17) Rey Benavides, Daniela Juliana; Jaramillo Ibarra, Julián Ernesto; Gelves Arocha, Omar Armando; Fuentes Díaz, David Alfredo; Prat, Sonia Lucía
La energía eléctrica y el agua potable son de vital importancia para el desarrollo de la sociedad, el exponencial crecimiento poblacional disminuye la disponibilidad de recursos no renovables como los combustibles fósiles y el agua potable. Al tiempo, el sector industrial demanda cada vez más una mayor cantidad de bienes y servicios como grandes cantidades de energía y agua: para el año 2050 se pronostica que el aumento del uso del agua de un 10% respecto a la actual. Hoy más de 2.000 millones de personas viven en países que sufren una fuerte escasez de agua, aproximadamente 4.000 millones de personas padecen una grave escasez de este recurso durante al menos un mes al año, esto seguirá aumentando a medida que crezca la demanda y se intensifiquen los efectos del cambio climático. En este trabajo se analizan los procesos térmicos de los sistemas de evaporación al vacío para tratamiento de aguas residuales avícolas. Se desarrolla un modelo matemático que permite dimensionar cuatro configuraciones de sistemas de evaporación al vacío de aguas residuales, compuestos por intercambiadores de calor como precalentadores, evaporadores y condensadores. Se tiene en cuenta la transferencia de calor de los intercambiadores debido a la forma como se establecen los flujos de agua residual, vapor de calentamiento, agua de enfriamiento y refrigerante R134a. El modelo matemático fue implementado en el software para simulación de sistemas térmicos TRNSYS, en donde cada intercambiador corresponde a un módulo creado y luego se conectaron entre sí conformando cada una de las configuraciones del sistema que se presentan en este trabajo. Como resultado se obtuvieron las dimensiones finales de los intercambiadores de calor y sistemas de bombeo de cada una de las configuraciones, según los requerimientos para tratar agua proveniente de una planta de beneficio avícola y se establece el requerimiento energético de cada uno de éstas y su respectiva comparación.
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.
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.
Caracterización hidrodinámica de flujos multifase empleando técnicas de inteligencia artificial
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Ruiz Diaz, Carlos Mauricio; González Estrada, Octavio Andrés; González Silva, Germán; Hernández Cely, Marlon Mauricio
Dada la importancia del control de procesos en la industria petroquímica, existe la necesidad de caracterizar los fluidos en el interior de las tuberías. En este trabajo se desarrolla una metodología para la identificación de patrones de flujo, cálculo de velocidades superficiales y cálculo de la fracción volumétrica de flujos bifásicos en tuberías verticales y horizontales con diámetros entre 0.01 y 0.1 [m], a partir de la implementación de técnicas de inteligencia artificial, para una combinación líquida de dos fases compuesta por aceite con viscosidad en el rango de 792 a 1823 [Kg/m³] y agua a temperatura ambiente. Los modelos predictivos generados en la estructuración de la metodología fueron entrenados con el 70% de los datos basados en parámetros de viscosidad, diámetro de la tubería, número de Reynolds, fracciones volumétricas y velocidades superficiales de los fluidos de trabajo almacenados en bases de datos para tubería horizontal y vertical. La información restante, equivalente al 30% del total, se utilizó para desarrollar la validación automática de los modelos. Los patrones de flujo identificados por el sistema inteligente para el flujo bifásico de aceite y agua son: agitado (CHURN), disperso (D), dispersión muy fina (VFD), flujo de transición (TF), intermitente (S), estratificado (ST) y anular (A), y en conjunto con los valores de velocidades superficiales y fracciones volumétricas generados por los modelos predictivos, alcanzaron un mayor nivel de aproximación con los valores experimentales al implementar estructuras de redes neuronales, dado que los modelos ANFIS presentaban valores superiores a los generados por las RNA, siendo estos 0.00016, 0.99798 y 0.1988 %, correspondientes al MSE, R² Y MAPE respectivamente
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.
Control lineal con mapeo de retardos de un sistema dinámico inestable y subactuado
(Universidad Industrial de Santander, 2022) Esteban Villegas, Helio Sneyder; Borrás Pinilla, Carlos; Olgac, Nejat; Sierra Bueno, Daniel; Correa Cely, Carlos Rodrigo; Villamizar Mejía, Rodolfo
Este documento busca utilizar el método “Delay Scheduling” para aumentar la robustez de los controladores clásicos para manejar un valor de retardo significativo en el prototipo Pendubot, resolviendo el problema del control robusto, que consiste en que las técnicas de control avanzadas requieren una alta capacidad de cómputo y reducen ¨setting times¨. El primer paso fue el modelado matemático del Pendubot considerando el amortiguamiento en los enlaces. Usando las ecuaciones no lineales, un proceso de ajuste de caja gris obtuvo un mejor ajuste promedio del 89%. El paso de diseño de control lineal sintoniza un controlador PID, LQR y H∞ para la posición de equilibrio inestable del Pendubot. Estos controladores han sido seleccionados porque no incluyen un estimador de estado. Esta característica fue crucial porque la Programación de retrasos y el Predictor-Observador eran técnicas de compensación de retrasos. Para encontrar el valor de retardo crítico de retardo para cada controlador base, el CTCR (tratamiento de grupo raíz característico)
Control robusto semi-activo para una estructura flexible tipo puente
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Becerra Rivera, Erik Fabian; Borras Pinilla, Carlos; Chio Cho, Gustavo
Este trabajo detalla la metodología para implementar un control robusto estructural semiactivo sobre una estructura flexible tipo puente utilizando amortiguadores magneto reológicos (MR) y permite observar el grado de mitigación lograda sobre un modelo simplificado ideal del puente y a su vez sobre un modelo de elementos finitos que tiene en cuenta la instalación de amortiguadores MR en un disposición real y posible en términos de montaje. Se parte de un modelo simplificado del puente como un sistema generalizado de un solo grado de libertad con el cual se realiza implementa el controlador calculado en un modelo de elementos finitos del mismo puente y se comparan los resultados obtenidos con los dos modelos. El control logra superar no linealidades del modelo Bouc Wen del amortiguador MR para lo cual utiliza las señales de un estimador MR inverso. Los resultados muestran que el controlador robusto semiactivo permite mitigar los efectos de una perturbación sísmica de prueba a pesar de las no linealidades del amortiguador MR y las incertidumbres paramétricas multiplicativas en la estructura, además de validar la hipótesis del uso de un modelo de un grado de libertad para calcular el controlador y la implementación por el método de elementos finitos de una configuración realista de amortiguadores MR en un modelo más detallado del puente.
Control tolerante a fallos en una suspensión semiactiva
(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-15) Rueda Villanoba, Sergio Alberto; Borrás Pinilla, Carlos; Ardila Gómez, Sergio Andrés; Hazbón Álvarez, Omar
El objetivo del trabajo de investigación descrito en este documento fue modelar y simular un control de tolerancia a fallas, basado redes neuronales, para compensar fugas de fluido en los cilindros en un sistema de suspensión magnetoreológica. Este sistema se basó en el modelo dinámico de medio automóvil, que se compone de la carrocería del vehículo (masa suspendida) conectada por el sistema de suspensión magnetoreológica a las dos ruedas laterales (masa no suspendida). Este modelo se representa como un modelo no lineal de cuatro estados. El módulo de detección de fallas y aislamiento se basa en algoritmos de generación de residuos. Se utiliza una transformación de onda para determinar las características de los residuos de las señales de aceleración del modelo durante la falla, estos datos se usarán para entrenar una red neuronal que diagnosticará la falla. El control tolerante a fallas constará de otra red neuronal, que usando los parámetros de falla modificará los parámetros de control y de este modo compensará la falla utilizando el amortiguador sano restante. El rendimiento de la estructura propuesta de la FTC se demuestra a través de la simulación. Los resultados muestran que el sistema de control podría reducir el efecto de la falla parcial del amortiguador magnetorreológico y así mantener el confort del pasajero.
Desarrollo de un modelo músculo-esquelético de la mano para agarre tipo pinza (Pad to Pad Pinch)
(Universidad Industrial de Santander, 2022-07-06) Chaparro Hernández, Daniel; Villegas Bermúdez, Diego; González Estrada, Octavio; Jiménez Moreno, Robinson
Debido a que el agarre tipo pinza, exactamente la variedad PpPinch ha demostrado ser de vital importancia para la realización de actividades uni o bi-manuales y el de mayor uso en términos porcentuales su estudio se hace necesario para comprender las cargas (fuerzas y momentos) generados por la ejecución de este movimiento y así relacionar dichos resultados con la incidencia de desórdenes músculo-esqueléticos (MSDs) en ámbitos laborales y de actividades repetitivas efectuadas incorrectamente. Para mejorar el conocimiento de este tipo de agarre se desarrolló un modelo músculo esquelético de miembro superior que se compone de 28 unidades músculo-tendinales, 9 articulaciones y 12 grados de libertad (DOF) para cuantificar las fuerzas y momentos dados durante el agarre PpPinch, las unidades musculares fueron modeladas mediante un pseudo-modelo usado previamente en la literatura especializada. Datos de cinemática del movimiento, fuerzas de agarre y activación muscular mediante EMG superficial en 6 unidades músculo-tendinales fueron tomados y usados como entradas en el modelo planteado el cual se resolvió mediante planteamiento inverso y optimización estática. Se obtuvieron valores de fuerzas músculo-tendinales, articulares y momentos articulares; en las primeras comparadas con los datos EMG se dieron RMPSE máximos de 57.1% para una única unidad; en lo referente a las fuerzas y momentos articulares se denota aumento en dirección distal-proximal en todos los dedos. Los datos presentados en este estudio contribuyen en el campo de la ergonomía y aclaran el riesgo en incidencia de MSDs como la osteoartritis en articulaciones de la mano para agarre PpPinch.
Desarrollo de una metodología de Análisis Modal Operacional (OMA), para determinar los rangos de estabilidad dinámica de un rotor flexible tipo Jeffcott con velocidad variable, basada en las técnicas en el dominio del tiempo NExT y ERA
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-07) Nova Agudelo, Fabián Rodolfo; Sánchez Acevedo, Heller Guillermo; Flórez Serrano, Elkin Gregorio; Quiroga Méndez, Jabid Eduardo
La presente tesis de maestría describe el desarrollo e implementación de dos técnicas de Análisis Modal Operacional (OMA, Operational Modal Analysis) en el dominio del tiempo NExT-ERA, para la identificación de los parámetros modales de un banco de ensayos de un rotor flexible tipo Jeffcott a escala de laboratorio. Estos parámetros modales son usados como base comparativa experimental para validar los resultados del desarrollo de un modelo numérico del rotor que identifica los rangos de velocidades críticas y de inestabilidad dinámica del sistema. La tesis se presenta como una extrapolación de OMA, que es usualmente desarrollado en la identificación de frecuencias naturales de estructuras civiles, a una herramienta de contrastación y validación de resultados de modelos numéricos de sistemas rotodinámicos.
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.
"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.
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.
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. ----------------------------------------------------------------------------------------------------

Browse

Browsing Maestría en Ingeniería Mecánica by Title

Results Per Page

Sort Options