Maestría en Ingeniería - Énfasis en Ingeniería Mecánica

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https://hdl.handle.net/10893/4271

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Desarrollo de un modelo matemático que permita evaluar el comportamiento dinámico de los grupos generadores de la central hidroeléctrica alto Anchicayá
(Universidad del Valle, 2025) Castro Fori, Pedro Wirley; Casanova, Fernando
La vida útil de un grupo generador hidroeléctrico (GGH) está determinada principalmente por su régimen de operación; aquellos con turbinas Francis tienen un punto de máxima eficiencia (BEP) definido durante la etapa de diseño. Cuando se opera en zonas alejadas de este punto, la eficiencia puede disminuir significativamente y las cargas mecánicas sobre la estructura aumentan en comparación con la operación en el BEP. Adicional, los arranques y paradas excesivas conllevan a problemas como sucesivas pasadas por zonas de inestabilidad hidráulica, cambios térmicos, etc., acelerando el deterioro de los componentes. Para responder ante los cambios de la demanda de energía en tiempo real y respaldar la confiabilidad y estabilidad del suministro de energía, los GGH se ven obligados a operar de manera continua fuera de sus puntos de BEP. El presente proyecto busca optimizar la gestión de los GGH de la central hidroeléctrica Alto Anchicayá (CHAA), mediante el desarrollo de un modelo matemático para determinar su comportamiento, predecir cómo las vibraciones van a evolucionar ante cambios en las condiciones de operación y diagnosticar posibles condiciones de mal funcionamiento. Para el desarrollo del modelo matemático, se recopiló información de operación, datos de diseño y memorias de cálculo del fabricante, en donde relaciona algunos cálculos de rigidez. Se implementaron mediciones en campo con sensores para las variables críticas como vibraciones y se validó el modelo con los resultados experimentales.
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Definición de la estrategia de mantenimiento centrado en confiabilidad para las subestaciones eléctricas de la Clínica de Occidente de la ciudad de Cali
(Universidad del Valle, 2024-07) Quintero Mondragón, Edison; Aguirre, Gonzalo
En la actualidad, la Clínica de Occidente de la ciudad de Cali, se proyecta como una institución de referencia nacional e internacional en la prestación de servicios de salud de alta y mediana complejidad, bajo criterios de excelencia y sostenibilidad. Adicionalmente, la clínica desea mejorar la atención y ampliar la cobertura para que su EBITDA sea de un 25% al año 2025. Esta proyección de crecimiento ha sido establecida en el plan estratégico de la compañía y es el punto de partida para la actualización de todos los procesos. Por otra parte, la Clínica de Occidente posee dos grandes sedes (Torre B y Torre C) las cuales hacen a la infraestructura existente (Torre A, Centro de especialistas, centro del cáncer y edificio administrativo) para apalancar su crecimiento, consolidar la imagen institucional y el buen nombre de la compañía. Adicional, la compañía ha incorporado nuevas tecnologías como parte del plan de renovación de activos físicos e infraestructura; tal es el caso de los equipos de apoyo crítico (subestaciones, plantas de emergencias, chillers magnéticos, UMAS, fancoils, sistemas de bombeo, mobiliario, entre otros) y equipos de especialidad clínica (Resonadores, aceleradores lineales, tomógrafos, monitores, entre otros). Estos esfuerzos e inversiones están encaminados en dar cumplimiento a criterios de aceptación de tipo normativos, con el objetivo que la clínica pueda ser competitiva en su nicho de mercado y funcione según a los requerimientos legales exigidos para las entidades prestadoras de servicios de salud en Colombia; algunos de los requerimientos normativos que la clínica debe garantizar para la prestación de los servicios de salud son: Resolución 3100 de 2019 (Estándar de habilitación), Manual de Acreditación en Salud Ambulatorio y Hospitalario de Colombia, Resolución 1403 de 2007 (BPE para central de mezclas y radio farmacias) y la Resolución 4410 de 2009 (BPM para generación de gases medicinales). Lo descrito anteriormente, involucra de manera directa la gestión de activos físicos y la gestión del mantenimiento de la clínica, debido a que las acciones que se generan desde estas áreas adicionan valor de una forma transversal a los todos los procesos de la institución. Por esta razón, la propuesta de trabajo de grado de la maestría en ingeniería mecánica con orientación en mantenimiento se centra en la definición e implementación de una estrategia de mantenimiento estandarizado y robusto para toda la Clínica de Occidente, que le permita alcanzar los objetivos organizacionales; al igual que mantener de una manera confiable y sostenible los activos físicos y facilitar el cumplimiento de los criterios de aceptación normativos. Para este caso, se usará como referencia los cursos vistos en la maestría (RCM, Gerencia de mantenimiento, Gestión de activos) y algunos criterios normativos como: UNE-ENE 16646-2015, UNE-ENE 15268-2015, ISO 55001 versión 2015, ISO 31000 versión 2018, SAE JA1011 y SAE JA1012.
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Propuesta de una metodología para modelar sistemas distribuidos con orientación a agentes utilizando redes de Petri coloreadas
(Universidad del Valle, 2015) Caratar Chaux, Jesus Filander; García Melo, José Isidro
Los SP actuales deben cumplir con los exigentes requerimientos del mercado dinámico [4]. La calidad del producto, los bajos costos y la flexibilidad para proveer diferentes tipos de productos en el menor tiempo son exigencias comunes dentro de la actividad económica y productiva a nivel mundial [28]; en este contexto, los sistemas de fabricación han incrementado sus dispositivos y estrategias de producción, con el fin de acoplarse a estos exigentes requerimientos. Como resultado, los SP presentan una mayor complejidad en su estructura productiva, en función de la alta dinámica entre los componentes que la integran; este hecho ha impactado los costos de producción y la estructura organizativa. Al considerar las altas inversiones económicas necesarias para obtener SP flexibles y al tener en cuenta los riesgos de una inadecuada especificación, se hace recomendable el modelado de los procesos productivos. En la literatura aunque se encontraron diferentes trabajos acerca del proceso de modelado [17], [20], [29], [30], [26] en la mayoría no se establece una estrategia clara que permita asegurar los resultados del proceso de modelado con un enfoque de agentes. Es decir, que permita crear modelos que incluyan algunas características de los entes expertos en modelos, donde algunas o todas las decisiones cruciales de los procesos sean llevadas a cabo con alguna clase de inteligencia. Donde el término inteligencia es la capacidad de respuesta ante eventos que acontecen en un entorno dado para cumplir unas metas específicas [31].
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Influencia mecánica del radio de curvatura sagital en la fosa glenoidea, para diseño personalizado de prótesis ATM, evaluado mediante elementos finitos
(Universidad del Valle, 2023) Mejia, Manuel; García Alvarez, José Jaime; González-Estrada, Octavio Andrés; Osorio, Jhon Jairo; Gutiérrez Acosta, Carlos Andrés
El diseño personalizado de prótesis temporomandibulares con herramientas CAD-CAM y su fabricación con tecnologías aditivas 3D o CNC permite ajustes en el radio de curvatura sagital de la prótesis en la fosa glenoidea. Estos modelos protésicos personalizados no se clasifican en los tipos autorizados por la FDA, lo que implica que el diseño de la prótesis queda a cargo de la experiencia o criterios del ingeniero a cargo. Por defecto, la mayoría de los diseños personalizados se realizan bajo el concepto de bisagra rotatoria que solo permite la rotación mandibular y restringen la traslación. El presente trabajo de investigación utilizó el método de los elementos finitos (FEM) para analizar la influencia mecánica del radio de curvatura sagital en una prótesis de la articulación temporomandibular. Se examinaron los efectos de factores como el plano oclusal, la orientación personalizada de las fuerzas musculares, la ubicación del centro de giro, la forma de la superficie de contacto y el ángulo de carga en los esfuerzos de la prótesis a nivel de la superficie articular.Materiales y métodos: Se realizó la reconstrucción tridimensional de la articulación Temporo mandibular de dos pacientes. El primero con indicación de cirugía ortognática, con mordida clase II y plano oclusal alto. El otro con absorción ósea condilar, con mordida clase II y plano oclusal bajo. Se diseñaron prótesis temporomandibulares con diferentes radios de curvatura sagital a nivel de la bisagra rotatoria en función del plano oclusal, la orientación personalizada de los músculos, el ángulo de Claire y la dirección de la fuerza de carga a nivel del segundo molar izquierdo. Posteriormente, utilizando el FEM se evaluaron los esfuerzos mecánicos y la traslación cinemática, basados en las condiciones de contorno, restricciones propias de la articulación, propiedades mecánicas óseas, y de tejidos blandos. Resultados: El diseño con el radio de curvatura semicircular restringió los desplazamientos sagitales de la cabeza condilar protésica e incrementó los esfuerzos sobre la superficie articular. En contraste, los diseños con radios de curvatura elípticos mejoraron la traslación del componente condilar protésico en un 45% y redujeron los esfuerzos de Von Mises y los esfuerzos principales mínimos en un 50% con respecto al diseño semicircular. Por tanto, estos implantes se acercaron a una condición funcional más anatómica.
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Implementación de la metodología TPM, piloto, en la zona de envase de un ingenio azucarero
(Universidad del Valle, 2024) Rodas Ledesma, Miguel Ángel; Aguirre, Gonzalo
Asocaña comparte información acerca del sector agroindustrial de la caña en Colombia,” ubicado en el valle geográfico del río Cauca, que abarca 51 municipios, 6 departamentos (Valle del Cauca, Cauca, Risaralda, Caldas, Quindío y Meta), donde producen azúcar, bioetanol y energía 14 ingenios azucareros” (Asocaña, 2022, p.1), además se menciona que para el año 2020 “se produjeron 24,3 millones de toneladas de caña; 2,3 millones de ton de azúcar” (Asocaña, 2022, p.1). Así mismo según Fedesarrollo 2019 (como citó en Asocaña, 2022) “se exportaron 716 mil toneladas por valor de 327 millones de dólares (33% de la producción). Ubicándonos como el cuarto generador agroindustrial de divisas después de café, flores, banano y aceite de palma. La agroindustria de la caña representa el 0,6% del PIB Total Nacional y el 3,7% del PIB Agrícola nacional. En el Valle del Cauca representa el 31,4% del PIB Agrícola y en el Cauca el 19,7%. Se generan 286 mil empleos directos e indirectos. 65 de cada 100 familias, de los 50 municipios cañicultores, están vinculados económicamente con la agroindustria, de manera directa, indirecta o inducida” (p.1). Aún con estas cifras Colombia se encuentra en un doceavo puesto a nivel mundial por debajo de países como Brasil, India, China, entre otros. Por esta razón este sector debe ser competitivo a nivel nacional y global, el ingenio a evaluar produce el 14% del azúcar generado en el país, por lo que, la implementación del Mantenimiento Total Productivo (TPM) en la zona de envase es crucial, debido a que asegura la eficiencia y calidad. Este enfoque de gestión integral busca maximizar la disponibilidad de los equipos mediante el mantenimiento rutinario, preventivo y correctivo, involucrando a todo el personal en su implementación. En la zona de envase, donde la maquinaria está en constante uso, el TPM previene paradas inesperadas, reduciendo tiempos muertos y aumentando la productividad. Además, mejora la calidad del producto, evitando errores que pueden afectar. La aplicación del TPM también fomenta un ambiente de trabajo seguro y organizado, minimizando riesgos de accidentes y mejorando la moral del equipo. Así, esta metodología no solo optimiza los procesos operativos, sino que también contribuye a la sostenibilidad y competitividad del ingenio azucarero en el mercado, garantizando un producto final de alta calidad y eficiencia operativa continua.
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Aplicación de técnicas y de análisis modal experimental para la evaluación no destructiva de un riel de fijador externo fabricado en fibra de carbono
(Universidad del Valle, 2018) González Acosta, Oscar Eduardo; Ealo Cuello, Joao Luis
El uso de materiales fibrorreforzados ha ido adquiriendo una mayor participación en la construcción de componentes mecánicos y estructurales debido a sus buenas propiedades mecánicas. Este tipo de materiales se ha convertido en foco de investigación en diferentes aplicaciones, como por ejemplo en biomedicina para la fabricación de fijadores externos para el tratamiento de fracturas y transporte óseo. Por sus prestaciones semejantes a las de los materiales metálicos, estos dispositivos fabricados con piezas en fibra de carbono resultan ser más livianos y de mayor translucidez ante los rayos X. Debido al procedimiento de fabricación de rieles para fijadores externos en material fibrorreforzado con fibra de carbono, el cual es artesanal, se vuelven vulnerables a la aparición de defectos o elementos extraños en su interior, lo que termina por modificar las propiedades mecánicas del elemento final. Como respuesta a esta dificultad, en este trabajo se define un método que permite evaluar los rieles construidos con fibra de carbono empleando los ensayos no destructivos como un procedimiento de control de calidad final. En la primera parte de este documento se pueden encontrar los resultados experimentales de pruebas de ultrasonido con transductores acoplados en aire incidiendo de manera normal, realizadas en rieles construidos con fibra de carbono, donde se permite ver la capacidad que tiene la técnica para identificar la zona donde se encuentra el daño y el tamaño del daño. En la segunda parte se observan los resultados experimentales de análisis modal realizado a elementos construidos con fibra de carbono, donde se encontró que las propiedades modales cambian con la existencia de un daño al interior del elemento. Esta técnica permite evaluar de manera general un elemento para verificar si tiene daños, no obstante, lo aquí implementado no permite identificar con precisión la posición ni el tamaño del defecto. Con los resultados obtenidos se puede concluir que es posible detectar daños al interior de rieles construidos con fibra de carbono. El procedimiento general para la detección de los daños es una combinación de las dos técnicas, donde el análisis modal permite la evaluación general y el ensayo de ultrasonido el análisis particular y la detección de la zona del daño.
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Efecto del contenido de aluminio sobre la conformabilidad de aceros Fe-Mn-XAl-C
(Universidad del Valle, 2022) Rojas Abadia, Julián Mauricio; Rodriguez Pulecio, Sara Aida; Cordeiro da Silva, Gilmar
El desarrollo de nuevos materiales menos densos y de alta resistencia ha sido uno de los focos de investigación de la industria automotriz en las últimas décadas. Lo anterior con el objetivo de reducir el peso de los automóviles, generando menos consumo de combustible y siendo más amigables con el medio ambiente. Una de las principales propiedades para los materiales en esta industria es la capacidad de conformación del material. En este trabajo se investigó la conformabilidad de tres aceros austeníticos FeMnAlC, con diferentes porcentajes de aluminio 0%, 3,5% y 8% y densidad 2%, 7% y 12% más baja que la de los aceros típicos de esas aplicaciones. También se utilizó el acero inoxidable AISI 304; como material de validación de la metodología. Se realizó la caracterización del acero inoxidable AISI 304 por medio de ensayos de tensión, anisotropía y curva límite de conformado bajo la norma ASTM 2218 y con un escalamiento de 1:2,8 tanto del montaje experimental como de las probetas. Con estos ensayos se determinó que la curva límite de conformado escalada se ubica por debajo de la estandarizada, con una diferencia del 10% en el parámetro FLD0_EST, debido a la escala y a diferencias en el coeficiente de fricción entre los dispositivos y los cuerpos de prueba. En cuanto a las aleaciones FeMnAlC, la aleación de 8% de aluminio es la que mayor conformabilidad presenta en la prueba de curva límite de conformado, sin embargo, al compararlas con el acero inoxidable AISI 304, todas presentan una baja conformabilidad, la cual está asociada a defectos en los cuerpos de prueba, como lo son, variaciones de espesor y alta rugosidad, lo que conlleva a que existan concentradores de esfuerzos en la superficie propiciando la fractura temprana del material. Adicionalmente, para las aleaciones FeMnAlC, se realizó la prueba de Limit Drawin Ratio, para un valor de LDR de 1,9; en la que la aleación de 8% mostró mejor desempeño, ya que tanto la de 0% Al y la de 3,5% Al presentaron el fenómeno conocido como wrinkling, el cual consiste en arrugas que aparecen en el borde en la dirección de embutido, mostrando que la ultimas requieren una mayor carga de apriete durante el proceso. Además, con esta prueba se logró determinar que la adición de aluminio mejora la conformabilidad de las aleaciones FeMnAlC en procesos de embutido, ya que para la de cero aluminio se presentaron grietas radiales en el borde de la copa, producto del endurecimiento por deformación causado por la transformación de austenita metaestable en martensita, mientras que para las otras dos aleaciones, gracias a la adición de aluminio, se aumentó la energía de falla de apilamiento lo cual disminuyó la densidad de maclas generadas en el proceso de embutido, mejorando la ductilidad del material y evitando que el material se agrietara
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Desarrollo y evaluación energética de un sistema para compactación de residuos de cosecha de caña de azúcar (Rac)
(Universidad del Valle, 2021) Duque Orobio, Jhonathan Alexander; Casanova García, Gonzalo Fernando; García Álvarez, José Jaime
Los residuos agrícolas de corte (RAC) producidos por el cultivo de caña de azúcar representan una atractiva fuente de energía renovable para el sector energético colombiano, debido a su gran disponibilidad y sus múltiples rutas de aprovechamiento. No obstante, existen algunos desafíos logísticos que deben superarse para viabilizar el aprovechamiento de dicha biomasa. El alto contenido de humedad, la baja densidad aparente, la poca homogeneidad y la gran dispersión geográfica, son factores que incrementan los costos logísticos de transporte y almacenamiento. Estos factores adversos pueden ser reducidos considerablemente mediante procesos de secado y densificación. En esta dirección, en el presente trabajo se evaluó la operación de enfardado como método de densificación de RAC de caña de azúcar para su aprovechamiento energético. El objetivo de esta investigación fue desarrollar un sistema de densificación de RAC de caña de azúcar y evaluar el gasto energético durante su operación. Se diseñó y construyó un prototipo de enfardadora de pacas rectangulares, y se ejecutaron ensayos de compactación de RAC con tres diferentes tamaños de partícula y tres niveles de humedad. Las densidades aparentes del RAC enfardado fueron semejantes a las reportadas en la literatura, lo que indicó un funcionamiento exitoso del prototipo. La mayor densidad aparente (270 kg/m3) y el mayor consumo energético (9.13 kJ/kg) se alcanzaron con el RAC de cosecha manual de alta humedad. Estos resultados fueron 3.1 y 5.3 veces, respectivamente mayores a los encontrados para el RAC picado de baja humedad. Asimismo, la mayor densidad aparente encontrada fue entre 17% y 24% mayor a las reportadas en la literatura para RAC de caña de azúcar. El gasto energético del prototipo de enfardadora fue entre 5.9 y 6.25 veces menor a los reportados para enfardadoras comerciales. Esto se explica porque las enfardadoras comerciales consumen energía en múltiples funciones con las que no cuenta el prototipo, como el desplazamiento por el campo, la recolección de RAC y el amarrado de fardos. El análisis en base seca arrojó que un mayor tamaño de partícula y una menor humedad favorecen la densificación y mejoran la eficiencia del transporte de RAC enfardado. La eficiencia energética de la operación de enfardado, se estimó en 77.6%. Mientras que, la rentabilidad bruta calculada para la comercialización de los fardos fue de 23.4%. Por último, se encontró que la densidad aparente del RAC presenta una relación lineal e inversamente proporcional a las emisiones de CO2 y al costo del transporte. De esta forma, una mayor densidad aparente de los fardos aumenta la viabilidad económica y ambiental del enfardado como método de densificación.
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Estudio de la tribocorrosión en aceros austeníticos fe-20mn-xal-0,9c en un fluido corporal simulado
(Universidad del Valle, 2022) Barona Osorio, Gisselle Marcela; Coronado Marín, John Jairo; Rodriguez Pulecio, Sara Aida
En distintas aplicaciones de ingeniería, el rendimiento a largo plazo de los aceros se veafectado por las cargas a las que están sujetas y al entorno en el que se encuentran debido a la acción simultánea de dos fenómenos, el desgaste y la corrosión. Dicha combinación se conoce como tribocorrosión y su estudio es de gran importancia para comprender y mejorar la vida útil de las aleaciones. En este trabajo se investigó la respuesta frente a la tribocorrosión de cuatro aceros austeníticos, un acero comercial AISI 316L y tres aleaciones Fe-Mn-Al-C con 0,0, 3,5 y 8,3 % de Al. Se utilizó un tribómetro pin sobre disco adaptado con una celda de corrosión de tres electrodos y solución de inger como electrolito, la cual se usa típicamente para simular fluidos corporales. Se observó que las tasas de desgaste total y desgaste puro fueron mayores para la aleación de 3,5% Al debido a la mayor precipitación e incrustación de minerales de calcio e hidróxidos de hierro dentro y fuera de la pista durante el desgaste puro, al desprendimiento de la capa endurecida y a la adhesión de esta al contracuerpo, así como la formación de óxidos de hierro y manganeso sobre la superficie durante el desgaste total. Respecto a la tasa de corrosión se encontró que disminuyó al aumentar el contenido de Al. Adicionalmente, la aleación de 8,3% Al exhibió el mayor efecto de sinergia, indicando que esta aleación es más sensible a este efecto que los otros aceros. En todos los materiales el cambio en la tasa de desgaste debida a la corrosión tuvo mayor aporte a la sinergia que el cambio en la corrosión debida al desgaste y el deterioro en los materiales se derivó principalmente del desgaste mecánico puro y el desgaste inducido por corrosión. El acero inoxidable AISI 316L mostró las mejores propiedades frente a los fenómenos de desgaste y corrosión, lo cual se atribuye a su alto contenido de Cr y alto valor de energía de falla de apilamiento lo cual genera una proporción de transformación de austenita a martensita y una capa endurecida en la superficie. Finalmente, en este caso de desgaste por deslizamiento en sinergia con la corrosión, la adición de Al, la formación de precipitados y el endurecimiento debido a la deformación influyeron en el comportamiento de la resistencia al desgaste total de los materiales, independientemente de su valor de dureza inicial, de forma que las aleaciones sufrieron un aumento en la dureza debido a la deformación plástica durante el desgaste y posteriormente la capa endurecida fue removida ya que no es soportada por el material base (material más blando) produciendo una mayor eliminación del material a causa del paso posterior del contracuerpo con material base y óxidos duros adheridos a este. En el caso de 0% Al se tiene un mayor coeficiente de endurecimiento por deformación debido a que alguna porción de la austenita metaestable se transforma en martensita y al mismo tiempo se forman maclas desde el inicio de la deformación, mientras que para las otras dos aleaciones el inicio del maclado se produce a mayores deformaciones. Por otra parte, la aleación de 3,5% Al sufrió un mayor desprendimiento de material endurecido, adhesión de este sobre el contracuerpo y la formación de óxidos de hierro y manganeso lo cual causó una mayor tasa de desgaste total.
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Valoración del efecto biomecánico en el ligamento periodontal durante la expansión en el arco maxilar, del canino al molar, usando alineadores termoformados con aditamentos biomecánicos complementarios mediante métodos computacionales
(Universidad del Valle, 2018) Aristizabal Mulett, Juan Sebastian; García Melo, José Isidro; Peña Bustos, Fabio Marcelo
En este documento se presenta la valoración del efecto biomecánico en los ligamentos periodontales al realizar la expansión en el arco maxilar, del canino al molar, por medio de los alineadores termo-formados, con diferentes configuraciones de aditamentos biomecánicos complementarios usando métodos computacionales. Diseño/metodología/aproximación: Para llevar a cabo este cometido se identificó mediante una búsqueda bibliográfica las propiedades físicas y mecánicas de los elementos a ser usados, se realizó un modelado CAD de los diferentes dientes involucrados; posterior a esto se realizó un modelado FEM y se contrastaron estos resultados con un estudio clínico y referencias bibliográficas y se obtuvieron los resultados. Resultados: Se identificó el efecto del uso de los aditamentos biomecánicos complementarios en ligamento periodontal y como estos afectan en mayor o menor medidita el movimiento dental y los esfuerzos generados en el ligamento periodontal. Limitaciones/implicaciones del estudio: La validación de este trabajo se realizó por medio de estudios clínicos en realizados en Australia y en Brasil, con personas con distintas características antropométricas a las de este trabajo y con mamíferos, respectivamente. Esto debido a que hasta la fecha no se encontraron estudios que investigasen la expansión del arco maxilar utilizando placas termo-formadas en Latinoamérica. Implicaciones prácticas: Este estudio proporcionará información relevante a los profesionales de la salud en cuanto al uso de placas termo-formadas y el uso de aditamentos biomecánicos complementarios. Originalidad/valor: El aporte de este trabajo fue la caracterización del efecto biomecánico en el ligamento periodontal del uso de aditamentos biomecánicos complementarios en la expansión del arco maxilar por medo de placas termo-formadas.
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Geometry optimization of a francis turbine for efficiency, cavitation and erosion using computational fluid dynamics
(Universidad del Valle, 2018) Aponte Núñez, Rubén Darío; Rodríguez Pulecio, Sara Aida; Ladino Ospina, Jair Alexander
In recent years, the application of numerical computational models based on computational fluid dynamics (CFD) to industrial problems has been increasing; Today CFD is used to optimize and develop equipment and processes in many types of industry including the energy industry. The main advantage of the solutions with CFD is in the obtaining of the operating conditions and the analysis of internal and external flows, which experimentally is very difficult and expensive to achieve. This document presents the results of the research project of a master's degree in engineering with an emphasis in mechanical engineering where the geometry that minimizes the erosive wear by hard particle and cavitation for the different operating regimes maintaining the efficiency of the 10MW Francis turbine of the Amaime hydroelectric plant was obtained. To achieve this, a Simplified Virtual Laboratory (SVL) methodology was implemented, consisting of the use of Computational Fluid Dynamics and an optimization technique. First, the simulation of the current geometry of the turbine was carried out to characterize and verify, with experimental data, that the model represents the current operating conditions; this required to generate 3D CAD geometries by means of planes and reverse engineering using three-dimensional scanning of complex elements of the turbine such as blades. Second, it was required to optimize the geometry of the runner blades, guide vanes, covers and labyrinths by the combined use of factorial design of experiments, artificial neural networks (ANN) and optimization techniques by genetic algorithms.
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Manufactura y evaluación de partes de dispositivos para transporte óseo reforzados con fibra de carbono.
(Universidad del Valle, 2018) Escobar Vega, Juan Sebastián; Casanova García, Gonzalo Fernando; García Alvarez, José Jaime
En esta tesis se desarrolló la manufactura de prensas para sistemas de fijación externa con materiales compuestos con fibras de carbono y matriz epoxi CF/EP. Se presenta el diseño y el proceso de construcción paso a paso, de un dispositivo de fijación externa de huesos para alargamiento y transporte. Este fijador fue fabricado con fibras de carbono (FC), seleccionadas por su bajo peso, alta resistencia y propiedad de radio lucidez, especialmente indicados para aplicaciones biomédicas. Este proyecto incluye el estudio e implementación de procedimientos de manufactura con FC. Además, se determinó la resistencia de los compuestos con materiales locales e importados y la técnica para obtener propiedades suficientemente altas para la aplicación. Se construyó un modelo de elementos finitos con el cual se identificaron las zonas de mayor esfuerzo y se validó un modelo para materiales compuestos.
Acceso abierto
Biomechanical modeling of deglutition
(Universidad del Valle, 2018) Ramírez Parra, Nicolás; Ladino Ospina, Jair Alexander; Hermant, Nicolás
Swallowing is a physiological process whose malfunction a effects the human quality of life, e.g. malnutrition, dehydration or asphyxia, and has been studied using in vivo approaches. However, advances in computational capacity have encouraged the production of more accurate computational models of offering advantages such as flexibility and reduced experimental costs. Hence, this work proposed the numerical solution of a 2D sagittal swallowing model with physiological accurate tongue's dorsum dynamics based on real time magnetic resonance imaging (RT-MRI) of a healthy young adult. The work designed a full factorial set of simulations and with a second order Box Behnken' surface response design, dimensional relationships were established between food bolus' rheology, swallowing speed, output flow rate, force and shear force over the tongue. Moreover, a dimensionless model was also proposed and exponential behaviors of pressure and friction coefficients as a function of Reynolds numbers were found with an exponential relationship. Such results are intended to predict swallowing flow conditions based on bolus' rheology and the speed of the swallowing event, and also serve as a first validation for more complex models that use other representation techniques. As validation approaches, the work addressed three indirect validations.
Acceso abierto
Focalización de vórtices ultrasónicos en aire a partir de transductores mono y multielemento
(Universidad del Valle, 2014) Quiceno Buitrago, Fernando Augusto; Ealo Cuello, Joao Luis
El presente trabajo describe los procesos de generación y caracterización de Vórtices Acústicos Focalizados (VAF) en Aire a partir de dos tecnologías (transductores mono y multi-elemento) y su contenido se encuentra dividido en tres partes principales: Inicia con el estado del arte de los Vórtices Acústicos (VA) mencionando sus propiedades y características más importantes; la descripción de la película de ferroelectreto celular empleada en la construcción de un transductor mono-elemento de superficie combinada cónico-helicoidal; los multitransductores y sistemas con arreglo en fase (Phased Array); y, el Método de las Fuentes Puntuales Distribuidas (DPSM) para la simulación computacional de campos acústicos.
Acceso abierto
Metodología para la simulación del flujo multifásico en un atomizador osprey de gas confinado
(Universidad del Valle, 2012) Arévalo Hurtado, Angela María; Valdes Ortiz, Jairo Antonio; Jaramillo Pizarro, Guillermo Andres
El proceso de formación por spray o también denominado proceso Osprey puede ser dividido en tres etapas, la primera es la etapa de atomización del fluido (en este caso, metal), la segunda es la etapa del spray y la tercera etapa es la de impacto. En este trabajo se aborda únicamente la primera etapa, la de desintegración del metal líquido. El proceso de atomización de metal es un proceso complejo, debido a que involucra altos gradientes de temperatura, altas velocidades relativas (ondas de choque), fenómenos de ruptura y fenómenos de solidificación, por esta razón, en los últimos años se ha abordado principalmente desde los enfoques experimental y numérico. En este trabajo se presenta una metodología para la simulación de un atomizador de metal de gas confinado por medio de CFD (Dinámica de fluidos computacional). Para la construcción de esta metodología se implementaron simulaciones monofásicas (solo Argón y sólo Aire), bifásicas con una sola fase en movimiento (agua inyectada en aire en reposo), bifásicas con las dos fases en movimiento (agua atomizada con flujo de aire coaxial) y una simulación gas-metal. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en estas simulaciones, así como un diseño de experimentos virtuales implementado con el fin de establecer la sensibilidad de los resultados, antes variaciones en las condiciones de operación o características geométricas del atomizador. También se presenta una correlación entre los resultados obtenidos de las simulaciones, contra resultados experimentales y/o numéricos de la literatura.
Acceso abierto
Aplicaciones de PCM'S (Phase Change Materials) en un ciclo de acondicionamiento del aire en el trópico colombiano
(Universidad del Valle, 2012) Sosa Pinto, Héctor Leonardo; Herrera Caceres, Carlos Alberto; Rosillo Peña, Miguel Enrique
Se revisa del estado del arte sobre la implementación de materiales denominados PCM (Phase Change Material) para evaluar la posibilidad de ser implementados en aplicaciones de acondicionamiento del aire en las condiciones climáticas de Colombia. Estos materiales se caracterizan por tener altas densidades de almacenamiento de calor o frío haciendo uso de su calor latente o calor necesario para que se presente un cambio de fase, en este caso, de sólido a líquido y viceversa, a una temperatura constante. EI informe inicia con una revisión de los conceptos de aire acondicionado y refrigeración para posteriormente hacer un recuento del desarrollo de estos temas en el país. Posteriormente se presenta el desarrollo histórico y tecnológico de los PCMs para establecer el nivel actual de las aplicaciones teóricas, reales y experimentales de su implementación en sistemas de almacenamiento de calor y acondicionamiento de aire acondicionado y refrigeración en general. Luego se presenta el fundamento matemático aplicable a estos sistemas basados en los principios energéticos y exergéticos de la primera y segunda ley de la termodinámica. Se presenta como caso particular el ciclo de cargue y descargue de intercambiadores de calor de carcasa y tubo al considerar que son los elementos de mayor futuro en su aplicación. En los capítulos siguientes se hace una revisión de las aplicaciones específicas para acondicionamiento de aire en edificios utilizando estrategias pasivas, híbridas y activas (refrigeración mecánica). Se seleccionan algunas de estas para evaluar su viabilidad de implementación en el país. Finalmente, se termina haciendo una evaluación económica para establecer el mercado potencial en Colombia de las implementaciones seleccionadas.
Acceso abierto
Arquitectura con orientación a servicios para la teleoperación de máquinas de rehabilitación de la articulación de rodilla
(2019-09-30) Ruiz Hidalgo, Iván Darío; Gracia, José Isidro (Director de Tesis o Trabajo de Grado)
En Colombia, al igual que en varios países en vía de desarrollo, tales como Brasil, México, entre otros, el servicio de salud presenta varias posibilidades de mejora, en cobertura, accesibilidad y calidad del servicio. Por ejemplo en Colombia, considerando la falta de recursos en los centros de salud localizados en las zonas rurales, una parte de la población colombiana ve afectada la calidad del servicio de salud que reciben. Si a esto se suma el bajo nivel socio-económico de algunas poblaciones rurales, se genera una condición de vulnerabilidad geográfica para esta población. Por tal motivo, en este trabajo se presenta una arquitectura orientada a servicios con el objetivo de apoyar a los centros de salud con bajos recursos tanto técnicos como humanos, que permitan una atención de rehabilitación física independiente de la localización tanto del paciente como del profesional de la salud. Como caso de estudio, se incursionará en el área de la fisioterapia y más específicamente en máquinas de movimiento pasivo para la articulación de rodilla. De esta manera, se propone un sistema distribuido utilizando un medio de comunicación disperso, como Internet, y para asegurar tanto la definición de los servicios de teleoperación del dispositivo asistente como de la integración y coordinación de los mismos se realiza un procedimiento de modelado basado en una herramienta formal como lo es las Redes de Petri.
Acceso abierto
Pirólisis de residuos de cosecha de caña de azúcar (RAC) como alternativa de aprovechamiento en procesos de cogeneración [recurso electrónico]
(2015-09-04) Cobo Barrera, Diego Fernando; Gómez P., Adolfo L., Director; Gil, Nicolás J., Coodirector
El presente documento consigna los principales resultados del proyecto de investigación cuyo objetivo principal es el de determinar el potencial de aplicación de la ruta termoquímica de la pirólisis, a la biomasa residual de cosecha de caña de azúcar (RAC), particularmente en los esquemas de cogeneración actuales de los ingenios azucareros en Colombia. En los primeros capítulos del documento se hace una introducción a la teoría básica del proceso de pirólisis aplicado a la biomasa y se resumen las principales experiencias en biomasa residual cañera encontradas en la revisión bibliográfica. A continuación, se describen las principales tecnologías en la aplicación de pirólisis y la cogeneración como alternativa de producción energética en los ingenios azucareros. En la segunda parte, se determinó en forma teórica el potencial de producción de productos líquidos en un proceso de pirólisis rápida para el RAC. Seguidamente, se describen las experiencias propias en la pirólisis de RAC, realizadas en un equipo piloto implementado du rante el desarrollo del presente trabajo. Se encontraron relaciones entre la temperatura del reactor, la velocidad de alimentación, el tamaño de partícula y la temperatura del agua de condensación con la distribución de los productos del proceso. Además, se realizó una propuesta de balance de masa y energía para el proceso de pirólisis en un reactor alimentado mecánicamente por un tornillo sinfín. Finalmente, se realizó el análisis del esquema de cogeneración de un ingenio Colombiano, determinando su valor de rendimiento eléctrico equivalente (REE). Posteriormente, se incluyó en este esquema, el proceso de pirólisis de RAC, empleando el biocarbón y el gas producidos como fuente de energía y el bioaceite como producto de venta. Se determinó que la pirólisis rápida, produciendo una mayor cantidad de bioaceite a partir de RAC es más rentable que la quema directa en las calderas.
Acceso abierto
Diseño de herramienta computacional para el cáculo de índices de confort térmico en edificaciones [recurso electrónico]
(2014-11-19) Castang Montiel, Carlos Eduardo
Una de las consecuencias directas de la industrialización y el crecimiento de las sociedades se evidencia en el hecho de que muchas personas inviertan parte de sus vidas al interior de espacios con climas artificiales. La construcción constituye de 1 al 10% de la economía global, además de ser responsable de por lo menos el 40% del consumo mundial de energía. El sector residencial es un gran demandante de energía, la cual es transformada para ofrecer confort, por esta razón, se hace cada vez más intenso y necesario el desarrollo de proyectos arquitectónicos que incluyan sistemas que permitan ambientes internos confortables y ahorros sustanciales en utilización energética. Es indispensable desarrollar alternativas que permitan el uso eficiente de los recursos energéticos al interior de edificaciones, la propuesta, es la creación de una herramienta computacional, que se encargue de valorar los índices de confort térmico en recintos utilizando el método Fanger.

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