Ingeniería Mecánica

Study and modelation for low reynolds value of two phases flow liquid-gas

El flujo simultáneo de líquido y gas es una de las combinaciones más complejas de flujo bifásico. Para este estudio se seleccionaron como fluidos de trabajo Glicerina en solución con agua al 80% y Gel industrial. Estos por sus viscosidades permiten establecer los sistemas deseados para el estudio, con valores de Reynolds menor a 15. Fueron desarrollados experimentos para la determinación de las propiedades hidrodinámicas del los fluidos y los parámetros que caracterizan este tipo de flujo en un canal vertical. Fue obtenido a partir del análisis físico matemático de los experimentos realizados, un modelo teórico experimental capaz de evaluar las fuerzas y coeficientes de arrastre para una burbuja aislada y un tren de burbujas. Se realizaron modelaciones computacionales de los distintos regímenes de trabajo, validadas con los resultados experimentales. Obteniéndose simulaciones y resultados que permiten visualizar y analizar el comportamiento real del sistema.

The study of simultaneous flow of liquid and gas over a conduit, is two phases flow combinations more complex that exist. For the study we select fluid (glycerin in solution with water (80 %) and industrial gel) that establish flow models necessary for the investigation the desired systems. And is obtained from physical-mathematical analysis of obtained results made experiment for different configurations, a theorys experimental model have evaluate the drag coefficient and force acting on only bubble and train bubbles in job regimen for Reynolds value less and equal to 15. In the present study was performed computational modeling of different patterns, validated with experimental results. Simulations and results obtained for visualizing and analyzing the actual system behavior. These models are ready for been used for other configurations in future studies.

Competitiveness of the wind-photovoltaic hybrid systems for the rural electrification

La posibilidad de electrificación rural mediante extensión de la red eléctrica o mediante el uso exclusivo de generadores diésel suelen ser soluciones costosas, que además presentan alto impacto ecológico. Este trabajo abordó el planteamiento de opciones de electrificación empleando sistemas híbridos eólicos-fotovoltaicos con bajo respaldo diésel. Los sistemas propuestos están dimensionados para un número de viviendas y nivel de recursos renovables disímiles en función de cada localización. Se abordan distintos rangos de demandas mediante los 4 sistemas híbridos propuestos y se propone un procedimiento simple de ayuda para la selección. Fue realizado un análisis económico que permitió obtener como principal conclusión la comprobación de la mayor competitividad de estos sistemas híbridos eólicos-fotovoltaicos respecto a la generación diésel en función al costo equivalente de la energía y el impacto ambiental para la condición de disponibilidad de recursos renovables de una gran mayoría de regiones de América Latina y el Caribe.

The possibility of rural electrification by means of extension of the electric net or by the exclusive use of generating diesel are usually expensive solutions, besides presenting this last option high ecological impact. This work approached the electrification options using wind-photovoltaic hybrid systems with low diésel support. These systems are sized for a number of housings and level of resources renewable dissimilar in function to each localization. Different ranges of demands were approached by means of 4 proposed hybrid systems. It was proposed a simple procedure of help for the selection it was carried out an economic analysis that allowed to obtain the main conclusion when checking the biggest competitiveness in these wind-photovoltaic hybrid systems regarding the diesel generation in function to the cost of the energy and the environmental impact for the condition of renewable resources of a great majority of regions of Latin America and the Caribbean.

Dynamic analysis for finite elements to the support of the captator of high frequency of an underground train

El objetivo de este trabajo fue la determinación del estado de los esfuerzos dinámicos en varios modelos del soporte del sistema de pilotaje automático de un tren subterráneo con el empleo del Método de los Elementos Finitos a partir de la densidad espectral de potencia de las cargas y las aceleraciones máximas determinadas con anterioridad en evaluaciones extensométricas realizadas al mismo, teniendo en cuenta las frecuencias propias de oscilación del conjunto de alta frecuencia (High Frequency, HF). Como resultado de esta investigación se determinó que los altos valores de tensiones que aparecieron en este elemento fueron la causa de la aparición de las grietas y su desarrollo trajo como consecuencia la aparición de elevados niveles de vibraciones, lo que conllevó al descontrol en el funcionamiento del sistema y la necesidad de su reparación o sustitución prematura. Se diseñó y analizó un nuevo modelo de soporte, más rígido, donde conjuntamente con la elevación de la resistencia, se mejora notablemente su comportamiento ante las cargas dinámicas.

The objective of this work was the determination of the state of the dynamic loads in several models of the support of the system of automatic pilotage of an underground train with the employment of the Method of the Finite Elements starting from the spectral density of power of the loads and the maximum accelerations determined previously in extensometrics evaluations carried out to the same one, keeping in mind the frequencies characteristic of oscillation of the group of high frequency (HF for its initials in English). As a result of this investigation it was determined that the high values of tensions that they appeared in this element they were the cause of the appearance of the cracks and its development resulted in the appearance of high levels of vibrations, what bore to the decontrols in the operation of the system and the necessity of its repair or premature substitution. It was designed and a new model of support, more rigid, analyzed where together with the elevation of the resistance, is improves her behavior notably before the dynamic loads.

Evaluation of the fatigue behaviour of a butt welded joint of AISI 1015 steel

Las uniones soldadas son un componente importante de una estructura, por lo que siempre es necesario conocer la respuesta de las mismas sometidas a cargas cíclicas. El objetivo de este trabajo es obtener la curva S-N de una unión soldada a tope de acero AISI 1015 y electrodo E6013 como material de aporte. Los ensayos a fatiga se realizaron de acuerdo a la norma ASTM en una máquina universal MTS810. Se utilizaron probetas de sección rectangular. El ciclo de carga fue asimétrico a tracción, con un coeficiente de asimetría de 0,1. Se obtuvo que la unión estudiada tiene un límite de resistencia a la fatiga de 178 MPa, a un punto de corte de 2 039 093 ciclos.

Welded joints are an important component in structures, by this reason is necessary to know the behaviour of these elements under cyclic loads. The objective of this work is to obtain the S-N curve of the butt welded joint of AISI 1015 steel and electrode E6013 as the contribution material. Fatigue test was realized within the ASTM standard in the MTS810 testing machine. Rectangular cross section specimens was used. Cyclic loads was asymmetric tensile and the asymmetry ratio used was 0,1. In this study was obtained the fatigue limit equal to 178 MPa, at the cut point of 2 039 093 cycles.

Influence of the colt metal welding parameters on the AA5083 and AA6061 aluminum

El trabajo tuvo como objetivo evaluar la influencia de la velocidad de la soldadura y de las correcciones del arco y pulso en el proceso de Transferencia Metálica Fría sobre las propiedades mecánicas de las aleaciones AA5083 y AA6061. Se desarrolló un diseño experimental de tipo factorial multinivel, con 4 factores independientes (Corrección de Arco, Pulso, Velocidad de Soldadura y Aleación). Los parámetros fundamentales fueron: Corriente de base 250 A; Voltaje de arco 21 V y Polaridad (Direct current electrode positive, DCEP). La evaluación se realizó a través de un ensayo de tracción transversal sobre probetas planas obtenidas de los cupones soldados. Se demuestra que el modelo aplicado es adecuado, revelándose en los experimentos diferencias sustanciales en las propiedades Tensión de fluencia 29,56 %, Módulo de elasticidad 51,16 % y Trabajo específico de deformación elástica 42,30 %, el cual no posee una dependencia lineal con el resto de las propiedades anteriores.

The work objective was to evaluatethe influence of Cold Metal Transfer process arc and pulse corrections and welding speed on the mechanical properties of AA5083 and AA6061 aluminum alloys. For it, a Factorial Multilevel experimental design whit 4 independent factor (arc correction, pulse correction, welding speed and alloy) was developed. The essential welding parameters employed were: base current 250 A; arc voltage 21 V and polarity (DCEP). The evaluation was made whit a transverse traction test of plate welded coupons. The experimental model applied was adequate and substantial differences was showed between yield tensile strength 29,56 %, elasticity module (51,16 %) and specific work of elastic deformation 42,30 %, which it does not possess a lineal dependence whit the rest of previous properties.

Design of channel mechanical connections in composite beams in fire

En este trabajo se propusieron dos métodos, uno simplificado y otro gráfico alternativo para el diseño de la conexión mecánica tipo canal en vigas compuestas de hormigón y acero en situación de incendio, a partir del estudio de su comportamiento. Se utilizó como herramienta la modelación numérica. El método simplificado desarrollado considera temperaturas definidas a través de la modelación térmica del ensayo push-out en situación de incendio y es coherente con las expresiones de diseño de las conexiones mecánicas tipo canal a temperatura ambiente y la formulación existente para el diseño de las conexiones tipo perno a elevadas temperaturas. El método gráfico alternativo propuesto constituye una opción que permite obtener de una forma directa y rápida, la resistencia a elevadas temperaturas de la conexión mecánica tipo canal para un tiempo de resistencia al fuego, en función de su resistencia a temperatura ambiente.

In this paper two methods to design of channel mechanical connection are proposed, a simplified one and graphical alternative another, both using the numerical analysis for the study of the mechanical connection behavior. The developed simplified method considers temperatures defined through the thermal modelling of the push-out test in fire and it is coherent with the design expressions of the channel mechanical connections to ambient temperature, and the current formulation for the design of the stud connections al elevated temperatures. The proposed alternative graphical method constitutes an option that allows obtaining, in a direct and quick way, the resistance to elevated temperatures of the channel mechanical connections for a determined time of resistance to the fire, according to its resistance to ambient temperature.

Application of slag granulated with air in the automatic welding

El objetivo del presente trabajo es evaluar las propiedades fundamentales de una escoria granulada con aire y su aplicación durante la soldadura automática con arco sumergido, comparándola con un fundente fundido granulado en agua. Para ello, se considera la influencia del procedimiento de fabricación de la escoria granulada con aire sobre sus propiedades físicas y la relación que tiene con su desempeño durante la soldadura y las propiedades mecánicas de las uniones obtenidas. Se demuestra que las características de los tipos de granos evaluados (de escoria y de fundente) son diferentes; sin embargo, esto no conduce a variaciones entre sus comportamientos operativos durante la soldadura, ni sobre las propiedades mecánicas de las uniones obtenidas; aunque se hace notar que el proceso de granulación de escorias con aire es más económico que el de granulación con agua.

The objective of the present work is to evaluate the fundamentals properties of an air granulated slag and his use during the automatic submerged arc welding process, confront it to a water granulated fused flux. For it the manufacturing procedure influence of air granulated slag on its physical properties and this relation with its performance during the solder and mechanical properties of welding join obtained is considered. Is demonstrated that the characteristics of the types of evaluated grains (slag and fused flux) are different; however, this does not conduce to variations among its operating behaviors during the welding process, neither on the welding joint mechanical properties obtained; but makes to be noticeable than the granulating process of slag with air is more economic than the of granulation with water.

Characterization of borides coating formed during austenitization of an austempered ductile iron

En este trabajo se ha investigado el efecto de la austenitización y el borurado simultáneos, a 950 ºC, en la microestructura, la microdureza Vickers y el espesor de la capa borurada en medio líquido de un hierro nodular austemperizado no aleado. Se demostró que es posible obtener una capa de boruros de hierro muy bien estructurada con la microdureza Vickers suficientemente alta (1400 HV) y con adecuado espesor de capa de 67 μm, sobre un sustrato de ausferrita típico de las fundiciones nodulares austemperizadas. Por medio de un ensayo pin on disc modificado, se comprobó la superior resistencia al desgaste abrasivo de la capa de boruros depositada durante la austenización del ADI, comparada con la máxima obtenida durante el austempering de éste sin aplicar el recubrimiento.

The effect of simultaneous austenitization and boriding at 950 ºC, on microstructure, Vickers hardness and boronized layer thickness of a non alloyed austempered ductile iron has been investigated. It was demonstrated that it is possible to obtain a well formed boronized layer with a Vicker hardness sufficiently high (1400 HV), and with an appropriated 67μm layer thickness, on a typical ausferrite ADI substrate. By using a modified pin on disc test, it was demonstrated the higher abrasion wear resistance of borides layer deposited during ADI austenitization process, compared with Vickers hardness of low temperature noncoated austempered ductile iron.