Maestría en Ingeniería Mecánica

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    Chimeneas solares como alternativa de ventilación natural en Bucaramanga
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-05-16) Ardila Sánchez, Omar Andrés ; Quiroga Méndez, Jabid Eduardo ; Muñoz Maldonado, Yecid Alfonso ; Rueda Ordóñez, Yesid Javier
    En el presente trabajo de investigación se propuso y desarrolló una metodología para calcular el con- fort térmico obtenido al usar la chimenea solar como un medio de ventilación natural en la ciudad de Bucaramanga (7◦07′07′ N, 73◦06′58′′ O). Inicialmente, se implementó un modelo teórico para estimar la irradiancia solar incidente en las paredes del recinto y en el captador de la chimenea solar. Seguidamente, fue desarrollado y programado en el software MATLAB® un modelo teórico en estado estable para predecir el flujo de aire inducido por la chimenea solar, basado en modelos reportados por la literatura especializada. Se tuvo en cuenta el cálculo de las cargas térmicas del recinto usando el método de Series Temporales Radiantes (RTSM). Posteriormente, se construyó un modelo numérico tridimensional en estado estable para hacer un estudio paramétrico y determinar la geometría más conveniente para la ubicación geográfica de estudio. Se usó el software comercial ANSYS-FLUENT® para resolver las ecuaciones gober- nantes del modelo numérico y se validaron los resultados obtenidos con un banco experimental a escala el cual simuló un recinto cúbico con una chimenea solar adosada. Finalmente, se evaluó el confort térmico para el día promedio de cada mes de acuerdo al método adaptativo de la Norma AISI/ASHRAE-55 2017. Los resultados obtenidos mostraron que la metodología propuesta fue efectiva para determinar el confort térmico obtenido con la chimenea solar. Además, se encontró que una chimenea solar de 4 metros de longitud, con una inclinación de 55◦ adosada a un recinto de 27 metros cúbicos ubicado en Bucaramanga, puede proporcionar confort térmico según los términos definidos en la Norma AISI/ASHRAE-55 2017, sin que haya una afectación significativa en los costos de construcción.
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    Análisis dinámico y control de un brazo robótico de tres grados de libertad usado para fines de rehabilitación en medicina
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-03-30) Grandas Franco, Jean Carlo ; Borrás Pinilla, Carlos ; Duarte Gualdrón, César Antonio ; Carreño Zagarra, Jose Jorge
    El uso de brazos robóticos para la rehabilitación pasiva de pacientes que han sufrido una apoplejía ha ido ganando relevancia, teniendo en cuenta que puede ayudar al personal médico a realizar sus tareas adecuadamente. Sin embargo, cuando se trata de controlar este tipo de dispositivos, normalmente hay que lidiar con las no linealidades resultantes del modelo matemático de los brazos robóticos, como es el caso de un brazo articulado de tres grados de libertad (3DoF). Además, al tratar a pacientes reales, hay que tener en cuenta las incertidumbres y limitaciones eventuales, así como la reducción adecuada de las señales de error. Para el caso de estudio, se implementaron dos estrategias de control: PID y Control de Modo Deslizante. Para ambos casos, se implementó la planta no lineal como sistema a controlar, aunque para el PID no es obligatorio un modelo matemático. Para el SMC, en cambio, este no es el caso, pero proporciona una señal de control robusta que es capaz de operar incluso en presencia de ruido blanco, ya que se añadió un filtro de Kalman extendido. El modelo matemático del brazo robótico 3DOF se derivó de la formulación de Euler-Lagrange, que se basa en ecuaciones de energía. Para ambas estrategias de control, el sistema se implementó en Simulink. Aunque ambas muestran un alto rendimiento en términos de tiempo de establecimiento, el SMC ofrece los mejores resultados en términos de costes de energía, que pueden ser fácilmente establecidos con una combinación de la estrategia de control LQG. Dado que la compensación de peso se consideró para el diseño de la planta "brazo robótico", el control podría aplicarse para un prototipo de robot real y es escalable en términos de parámetros físicos y de las fuerzas de compensación requeridas.
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    Simulación en CFD tridimensional de una cámara de gases de quemador de biomasa en OpenFOAM
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-03-31) Gómez Sepúlveda, Óscar Alfonso ; Jaramillo Ibarra, Julián Ernesto ; Chaves Guerrero, Arlex ; Chacón Velasco, Jorge Luis
    La crisis climática global ha afectado los diferentes aspectos de la vida humana, y en el afán de revertir los efectos generados se busca optimizar y mejorar los equipos y plantas que producen altas emisiones de CO2 siendo posible alcanzarlo mediante las simulaciones numéricas. Dentro de estos equipos se encuentran las cámaras de combustión de biomasa. El objetivo de esta investigación es visualizar el comportamiento térmico de una cámara de gases que se usa en el proceso de obtención de extractos vegetales. La simulación se lleva a cabo con OpenFOAM teniendo en cuenta la conservación de la energía, la turbulencia y la radiación, para efectos de la simulación se omite la combustión y se reemplaza por generación de calor. Dentro de los resultados se analizan las líneas de corriente generadas por los flujos primario y secundario con el objetivo de visualizar si éstos generan el efecto esperado y se aprovecha la energía al máximo. La inclusión de la radiación, busca comparar su influencia y además simplificar los tiempos computacionales para realizar análisis de la malla. Se realiza un análisis con geometrías simplificadas y con datos experimentales para corroborar la selección de los modelos a utilizar y se obtiene que para la turbulencia el adecuado es el k-w estándar. Como medio de verificación, se realiza un balance de energía general y se compara con los resultados del análisis numérico, donde el error es del 1.67 % lo que se considera aceptable. A partir del planteamiento de opciones de mejoras se encontró que con la implementación de aletas se puede incrementar la transferencia de calor hasta en un 7.3 %.