Ingeniería Mecánica

Thermal hydraulic performance of a wavy fin having two row of circular tubes

This paper is about the thermal and hydraulic characterization of a compact heat exchanger having two row of tubes and rectangular wavy fins. The dimension of the tubes and the fin are similar to the used in the air conditioning and refrigeration area. A numerical approach was used and the computational domain was implemented using symmetry and periodic condition. Were considered extended inlet and outlet section for accuracy. The numerical procedure ant its model were certified against published literature and a good match was found. The impinging flow on the fin surface was found responsible for the differences between the heat transferred at every side of the fin. The differences disappearing when the average value was calculated.

Este trabajo trata sobre la caracterización térmica e hidráulica de un intercambiador de calor compacto con dos filas de tubos circulares y aletas onduladas rectangulares. Las dimensiones de los tubos y las aletas son similares a las usadas en el área de la climatización y la refrigeración. Se utilizó un abordaje numérico y el dominio computacional implementado se completó con condiciones de contorno de tipos simétrica y periódica. El dominio fue extendido en ambas direcciones del flujo para aumentar la precisión de los resultados. El procedimiento numérico y el modelo implementado fueron validados frente a valores publicados en la literatura con los cuales se obtuvo un buen ajuste. La incidencia del flujo sobre la superficie de la aleta fue encontrada responsable por las diferencias encontradas entre el comportamiento de ambos lados de la aleta. Las diferencias encontradas desaparecen cuando se considera el calor total transferido por la aleta.

Mathematical modeling of an all glass evacuated tube solar collector

El trabajo trata sobre la modelación matemática de un colector solar de tubos evacuados todo cristal. En el desarrollo se obtuvo una ecuación para la evaluación del flujo termosifónico que se estableció en un colector de este tipo bajo la influencia de la radiación solar y como particularidad es que esta ecuación tiene en cuenta la relación de áreas que ocupa tanto el flujo caliente y el flujo frío que se establece en el colector. Como resultado se da el valor del flujo que se establece en función del ángulo de inclinación del colector y de la relación longitud/diámetro del tubo.

This paper deals with the mathematical modeling of an all glass evacuated solar collector. It was obtained an equation to evaluate the flow produced by the effect of the solar radiation on the tube.The equation takes into a count the flow area occupied by the hot fluid and the cool fluid besides the tilt angle and ratio length/diameter of the tube of solar collector.

Optimization of the distribution of the coastal navigation fleet in multiple transport directions

El presente artículo abordó la arista de distribución de la flota del problema de Ruteo y Planificación de Buques combinando factores del nivel táctico y del operativo para un servicio industrial de transporte marítimo de cargas. Se utilizó un modelo basado en el Problema de Empaquetamiento Generalizado, para el cual se implementó el algoritmo Búsqueda Local con primer ascenso y reinicio para garantizar la solución de instancias grandes que hacen el problema intratable computacionalmente. A través de la experimentación se determinó que los mejores resultados se obtuvieron modificando 3 bits en la matriz de asignación de buques por direcciones de transportación. Además, se estableció un parámetro de reinicio que basado en la cantidad de iteraciones mejoraron notablemente el proceso de exploración del algoritmo. La variante del algoritmo propuesta, permite obtener soluciones aceptables para instancias medianas y grandes del problema en un corto intervalo de tiempo.

The present paper discusses the fleet distribution side of the Ship Routing and Scheduling problem combining factors of tactical and operative levels for an industrial service of maritime transportation of cargoes. A mathematical model based on the Generalized Bin Packing Problem wasused, which issupportedin the Local Search algorithm with first ascent and restart, to guarantee the solution of big instances that make computationally untreatable the problem. Through experimentation, it was determined that the best results were obtained by modifying 3 bits in the allocation matrix of ships by transport directions. In addition,a restart parameter was set based in the iterations quantity, so it remarkable improves de exploration process of the algorithm. The variation of the algorithm proposed, allows to obtain acceptable solutions for medium and large instances of the problem.

Effect of pouring vibration into the matriz and hardness in ductile irons

Los hierros fundidos constituyen un grupo de materiales muy versátiles con múltiples aplicaciones industriales a partir de la gama de propiedades mecánicas que ofrecen. En este estudio, se expone un análisis experimental de los efectos que provoca la utilización del vertido vibratorio en la matriz y dureza del hierro gris con grafito esferoidal. Como resultado de aplicar diferentes frecuencias de vibración, se demostró una relación directa entre la frecuencia vibratoria y la dureza obtenida, además, se logra una mejora en la esferoidización. Todo esto conllevó a una reducción de los índices de rechazos y a una disminución de la masa nodulizante.

Cast irons constitute a group of most versatile materials with multiple industrial applications from the range of mechanical properties that offer. In this study, an experimental analysis of the effects caused by the use of vibrating pouring into the matrix and hardness of ductile irons is exposed. As a result of applying different vibration frequencies, a direct relationship between the vibration frequency and the hardness obtained is demonstrated further improvement is achieved in the spheroidizing. All this leads to a reduction in rejection rates and a decrease in mass nodulizant.

Development of a mathematical model to determine the proportions a direct solar dehydrator of cacao

Se desarrolló un modelo analítico transitorio cuyo objetivo es determinar las dimensiones de un deshidratador solar de cacao utilizando aire calentado por colector solar plano y almacenador térmico. El aire caliente atraviesa la cámara de secado que protege al cacao del ambiente exterior y permite la insolación solar directa. El modelo se aplicó al secado solar tradicional en patios. Las condiciones ambiental es promedio de la localidad bajo estudio fueron los datos de entrada al modelo. Los resultados indicaron que el aire puede alcanzar 65ºC de temperatura y el 10% de humedad relativa. La curva de secado modelada presentó concordancia con la curva de secado experimental. Los resultados analíticos permitieron obtener las dimensiones del deshidratador propuesto: longitudes, ancho del equipo y altura de la chimenea. La simulación indicó que el uso de un almacenador térmico permite continuar el secado del cacao durante dos horas y media después del ocaso.

A transient analytical model was developed which aims to determine the dimensions of a solar dehydrator of cacao that uses heated air as drying media. The air is heated in a flat solar collector and thermal storage unit. Then, the heated air crosses the drying section where the cacao is protected against open atmosphere and allows transmission of solar irradiation. The model was applied to the yard traditional solar drying of cacao.Local average values of environmental conditions were input data to the model. The results indicate that the air can reach a temperature as 65°C with a relative humidity as 10%. The drying curve obtained presents agreement with the experimental drying curve. The analytical results allow obtaining the dimensions of the proposed dehydrator: lengths, equipment’s width and chimney’s height. The simulation indicates the drying of the cacao can continue during two and a half hours after sunset.

FEM Evaluation of the influence of residual stresses in welded joints fatigue

En este trabajo se expone un procedimiento que utiliza el método de los elementos finitos para evaluar la influencia de las tensiones residuales de origen térmico en la vida a fatiga de uniones soldadas, aplicado a una unión soldada a tope de acero AISI 1015. El procedimiento se basó en la concatenación de simulaciones térmicas transitorias y estáticas bajo la acción de cargas térmicas, mecánicas y a fatiga. Para confeccionar el modelo geométrico se utilizó el software Solid Works 2013 y las simulaciones se realizaron con el complemento Simulation. Se propuso un coeficiente de influencia de las tensiones residuales en la vida a fatiga de las uniones soldadas, que en las condiciones estudiadas, fue igual a 1,14.

This paper presents a method using the finite element method to evaluate the influence of residual thermal stresses on the fatigue life of welded joints, applied to AISI 1015 butt weld. The procedure is based on the concatenation of transient and static thermal simulations under the action of thermal loads and mechanical fatigue. To make the geometric model, the SolidWorks 2013 software was used and simulations were performed using the Simulation complement. A coefficient of influence of residual stresses on the fatigue life of welded joints was proposed, which under the conditions studied, was equal to 1,14.

Current and future perspectives of direct expansion solar assisted heat pumps

La bomba de calor de expansión directa con asistencia de energía solar se utiliza en el modo de calefacción para diversas aplicaciones entre las que podemos citar, calentamiento de agua, calentamiento de aire para climatizar edificios, desalinización de agua, secado solar entre otras. El presente trabajo revisa las principales investigaciones sobre esta tecnología enfocando sus aplicaciones para el calentamiento de agua, para lograr este objetivo se describen en detalle la configuración básica y avanzada con la finalidad de caracterizar el coeficiente de desempeño de cada una de estas configuraciones; también es oportuno analizar esta tecnología de acuerdo a la segunda ley de la termodinámica para identificar bajos desempeños en los componentes del sistema. Esta revisión bibliográfica apunta a desarrollar esta tecnología para calentamiento de agua en un rango de 60-90 °C, ideal para aplicaciones industriales.

Direct expansion solar assisted heat pumps have been used in the heating mode for several applications among them we may cite, water heating, heating space for building, water desalination system, solar drying, amongst other. The present work review the most important research about this technology approaching their applications for water heating, to reach this goal the basic and advanced configuration model are describe in details with the purpose of characterize the coefficient of thermal performance; is relevant too, analyze this technology according to the second law of thermodynamics to point out slow performance in the components of the system. This review rightly point out to develop this technology for heating water in a 60-90 °C range, ideally suited for industrial applications.

A review of the analysis and modeling strategies applied on energy hybrid systems

El constante aumento en la demanda de energía a nivel mundial, la necesidad llevar a cabo procesos más sostenibles y la falta de electricidad en zonas alejadas de las redes de interconexión han causado un mayor interés en el desarrollo de sistemas híbridos de energía que combinen diversas tecnologías. El presente trabajo busca realizar una revisión a las diferentes estrategias empleadas a nivel mundial para el análisis de desempeño, dimensionamiento, modelamiento y evaluación de este tipo de sistemas. Una vez recopilada información derivada de diferentes fuentes académicas se pueden clasificar las estrategias en tres grupos. El primero tiene en cuenta las ecuaciones fundamentales para la evaluación independiente de cada uno de los posibles componentes de los sistemas híbridos; el segundo considera alternativas basadas en inteligencia artificial como algoritmos genéticos, lógica difusa y redes neuronales; y el tercero se basa en el uso de herramientas computacionales disponibles como HOMER, RETScreen, TRNSYS, HYBRID2, entro otros. El uso de estas herramientas computacionales permite desarrollar simulaciones del comportamiento de sistemas híbridos teniendo en cuenta factores técnicos, ambientales y económicos considerando diferentes escenarios y cambios en parámetros operacionales.

The continuous increase of the world energy demand, the necessity of supplying it in a more sustainable manner and the lack of electricity in rural areas have promoted the development of hybrid systems capable of combining a wide variety of energy technologies. This work makes a review of the strategies followed to analyze the performance, dimensions, modeling and evaluation of such energy systems. After gathering some academic information available in the literature, we conclude that the strategies could be classified into three major groups. First one is based on fundamental equations applied during evaluation of each component independently; second group includes artificial intelligence-based strategies like genetic algorithms, fuzzy logic, and neural networks; and the final group is based on the application of computational tools such as HOMER,RETScreen, TRNSYS, HYBRID2, among others. The utilization of computational tools allows to simulate hybrid systems considering technical, environmental and financial factors when different scenarios and operational conditions can be possible.