Ingeniería Mecánica

Geometric synthesis of spur gears with high pitting resistance

Resumen En el 2016, la norma ANSI-AGMA 2101-D04 reformuló la evaluación del esfuerzo de contacto en los engranajes. Algunos populares programas de computación aplicables a elementos de máquinas, como Inventor 2021 y KISSsoft, incorporaron cálculos de resistencia a picadura y fractura en engranajes según la mencionada norma, pero aun el diseño óptimo basado en ANSI-AGMA 2101-D04 no tiene presencia en calculadores de engranajes ni en la literatura especializada. La síntesis racional de un engranaje es compleja debido al número de variables, limitaciones y relaciones que involucra, haciéndose difícil su desarrollo. El objetivo del presente trabajo fue desarrollar un procedimiento para el cálculo de la geometría racional de un engranaje cilíndrico con dientes rectos y elevada resistencia a la picadura, tomando como base la norma ANSI-AGMA 2101-D04. El procedimiento permitió generar síntesis geométricas racionales de engranajes con menor esfuerzo de contacto en los dientes conjugados. Resultados de la investigación permiten presentar una interrelación entre la geometría del engranaje y su resistencia a esfuerzos de contacto, un diagrama de bloque del algoritmo base y particularidades de la influencia de la geometría racional en los radios de curvatura de los flancos de los dientes que mejora la resistencia a la picadura de los engranajes.

Abstract Abstract: In 2016, the ANSI-AGMA 2101-D04 standard gave the possibility to reformulate the evaluation for the contact stress on gears. Some popular computer programs for machine elements, such as Inventor 2021 and KISSsoft, incorporated new calculations of resistance to pitting and fracture in gears according to the mentioned standard, but even the optimal design based on ANSI-AGMA 2101-D04 has no presence in calculators of gears or specialized literature. The rational synthesis of a gear is complex due to number of variables, relations between them and limitations involved, which makes its development difficult. The objective of this research was to obtain a procedure for the calculation of the rational geometry of spur gears and high resistance to pitting, based on the ANSI-AGMA 2101-D04 standard. The procedure generates a rational geometric synthesis of spur gears with less contact stress and higher pitting strength in the conjugated teeth. Research results allow a better understanding of the relationships between gear geometry and its pitting resistance using the contact stresses. In addition, a block diagram of the basic algorithm and the influence of the radius of tooth profile on the pitting resistance of the active flanks of gear teeth are shown.

Process reliability analysis a biopharmaceutical industry

Resumen La confiabilidad de procesos y sistemas es un elemento fundamental dentro del Análisis de la Confiabilidad operacional. Esta investigación tuvo como objetivo analizar la confiabilidad del sistema de llenado de bulbos en una empresa biofarmacéutica a partir de un nuevo modelo matemático. Los modelos publicados para evaluar la confiabilidad de proceso no tienen en cuenta la integración de los elementos: logística, calidad y la organización, quedando superada esta insuficiencia en el nuevo modelo. Los métodos principales empleados fueron: la modelación matemática para la evaluación de la confiabilidad y sus componentes y el estadístico para la obtención de los datos. La investigación se realizó en el periodo comprendido entre los años 2017 al 2019. El resultado principal es que la variable aprovechamiento de la instalación tuvo el mayor impacto en los resultados siendo la propuesta implementar un mejor uso a la capacidad instalada.

Abstract System and process reliability is a key element in the Operational Reliability analysis. The objective of this research was to analyze the reliability of the vial filling system in a biopharmaceutical industry based on a new mathematical model. The published models to evaluate process reliability do not take into account the integration of the elements: logistics, quality and organization, this inadequacy in the new model are overcome. The main methods applied were mathematical modeling for the assessment of reliability and its components and the statistic for obtaining data. The research was carried out between the years 2017 and 2019. The main result is that the variable Use of the Installation had the greatest impact on the results, being the proposal to implement better use of the installed capacity. Results demonstrate that capacity utilization had the most important impact on the outcomes. The findings support the proposal to improve the capacity utilization of the installed facilities.

Evaluation of nonlinear Iterative methods on pipe network

Abstract The analysis and design of pipe networks is usually a very complex task and depending of many factors. The paper here presented explores issues related to the accuracy and robustness of three iterative nonlinear methods used for designing pipe networks: Hardy Cross method, Gradient method and Newton-Raphson method. The last two methods are implemented in EPANET and Matlab, through the fsolve function. In order to evaluate the performance of each numerical method, three pipe networks, were assessed. No differences in the results were found by using fsolve (of MatLab) and Hardy-Cross methods. However, the EPANET results show differences up to 115% regarding other two methods. This behavior can be explained by the magnitude of head loss and the flow rate in some tubes of the network with errors close to the errors set up and by the Nodal Newton-Raphson method used at EPANET’s code. The Hardy Cross method proved to be robust on three evaluated cases

Resumen El proyecto y análisis de redes de tuberías suele ser una tarea muy compleja que depende de muchos factores. El trabajo aquí presentado explora cuestiones relacionadas con la precisión y la robustez de tres métodos iterativos no lineales utilizados para proyectar redes de tuberías: el método Hardy Cross, el método de Gradiente y el método Newton-Raphson. Los dos últimos métodos se implementan en EPANET y Matlab, a través de la función fsolve. Para evaluar el desempeño de cada método numérico, se evaluaron tres redes de tuberías. No se encontraron diferencias en los resultados cuando la función fsolve (de MatLab) y el método Hardy-Cross son utilizados. Sin embargo, los resultados de EPANET muestran diferencias de hasta un 115 % con respecto a los otros dos métodos. Este comportamiento puede explicarse debido a la magnitud de la pérdida de carga y del caudal en algunos tubos de la red, con errores próximos al error establecido para la convergencia y, también, por el método Nodal Newton-Raphson utilizado en el código de EPANET. El método de Hardy Cross demostró ser robusto en tres casos evaluados.

Flow in thermosiphon regimen in an all glass vacuum tube solar collector

Abstract Due to the heating of the fluid, it decrease its density and thus becomes lighter. That is why a flow of hot fluid appears that rises through the tube towards the storage tank. At the same moment the cold fluid descends and thus a natural circulation of the fluid is established. In this work, a relationship is obtained to determine the flow based on the different variables involved in the process. From this, the influence of the angle of inclination and the length diameter relationship of the tube is obtained.

Resumen Debido al calentamiento del fluido, este disminuye su densidad y con ello se hace más liviano. Debido a esto surge el movimiento del fluido, o sea, el fluido menos denso (caliente) asciende hacia el tanque cumulador y el fluido más denso (frío) desciende hacia el tubo; con ello se logra la circulación natural del fluido. En este trabajo se obtuvo una relación entre el flujo que surge y las variables ángulo de inclinación del tubo respecto a la horizontal y respecto a la relación longitud /diámetro del tubo.

Options generation of rolling devices complexes in lamination workshops

Resumen A partir del análisis sistémico de la función de planeación de la producción en fábricas siderúrgicas, se formuló el modelo matemático conceptual de la tarea de secuenciación de producción de los talleres de laminación de perfiles ligeros, en la industria siderúrgica. La muy conocida tarea del agente viajero el modelo obtenido constituye un caso particular de la tarea formulada. Se elaboró esquema de descomposición basado en el método Aproximante-Combinatorio en sub-modelos de generación de opciones de selección de juegos de cilindros de laminación para su utilización en la construcción de gráficos de intercambio de cilindros, asociados a la secuenciación de perfiles, y en la construcción misma de estos gráficos. Se solucionó la primera parte del esquema de descomposición mediante el método de Selección de Propuestas. Se describen brevemente los métodos utilizados y se brindan resultados de la solución experimental de la tarea enfrentada.

Abstract Starting from the systemic analysis of the production planning function in steel factories, the conceptual mathematical model is formulated of the scheduling of lamination workshops in the Steel making industry. From the obtained model, the known Travelling Salesman Problem constitute a particular case. Based on the Approximation-Combinatorial method, this model breaks down into sub-models of selection of rolling device complexes for being used during the lamination and the sequencing of complexes interchange in the production process and the order of sequencing of these complexes. The first part of the decomposed problem has been solved using the Selection of Proposals method. Both used methods are being shortly described and experimental results obtained are exposed.