Ingeniería Mecánica

Simulación numérica de los apoyos de puente metálico giratorio

En el presente trabajo se muestran algunos de los resultados del análisis realizado a los mecanismos de apoyo, de cierre y de giro del puente metálico del municipio Playa en ciudad de La Habana (popularmente conocido como "Puente de Hierro"), como parte inicial de un proyecto más amplio que abarcará la reparación de todo el puente. El mismo tiene más de 100 años de explotación (desde 1906) y con un mantenimiento casi nulo, lo que ha traído como consecuencia un considerable deterioro del puente. En éste artículo se describen las principales características y patologías detectadas al inspeccionar los mecanismos mencionados anteriormente y se presentan además, los resultados de la simulación numérica de uno de los ensambles de piezas del mecanismo de apoyo. Esta simulación arrojó que el apoyo puede trabajar con una seguridad adecuada.

Presently work some of the results of the analysis carried out to the mechanisms of support, of closing and of turn of the metallic bridge of the Beach district in Havana city (popularly known as "Iron Bridge") are shown, like initial part of a wider project that will include the repair of the whole bridge. This has more than 100 years of exploitation (from 1906) and with an almost null maintenance, that has resulted in a considerable deterioration o f the bridge. In this article the main ones characteristic and pathologies detected when inspecting the mechanisms mentioned previously are described and also are presented, the results of the numeric simulation of one of assembles of pieces of the support mechanism. This simulation profited that the support can work with an appropriate security.

Análisis exergético comparativo entre intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor son equipos de importancia primordial en la industria y en aplicaciones domésticas en general. El trabajo está relacionado con el area de la intensificacion de la transferencia de calor en intercambiadores de calor compactos y la comparación entre diferentes tipos de superficies intensificadas. La comparación es realizada a partir del análisis de la exergía destruída por la superfície de intercambio como resultado de las perdidas por fricción y del intercambio térmico entre cuerpos con diferencia finita de temperaturas. El análisis de Segunda Ley de la Termodinámica permite identificar en que superfície de intercambio se genera mas entropía. Como resultado fundamental se obtiene la dependencia entre la exergía destruída y el espaciamiento transversal para una superfície formada por una fila de tubos elipticos a diferentes valores del numero de Reynolds. Se identifica al intercambio térmico como la de mayor aporte a la entropía generada. Finalmente se demuestra la viabilidad de la intensificación de la transferencia de calor empleando generadores de vórtices en intercambiadores de calor.

The heat exchangers are important devices in both industry and household applications. This work is about heat transfer enhancement in heat exchangers surface. Many heat transfer enhancement techniques can be applied and then a comparative tool is needed to evaluate its performance. Thermodynamics is one of these tools and the exergetic analysis can be applied to heat exchanger surfaces. The exergy destroyed because both of thermal exchange between bodies with different temperatures and destroyed by friction drag is calculated. These results are used to compare heat exchanger surfaces. Heat exchanger surfaces in smooth configuration and the same surfaces using vortex generator as enhancement technique were compared. Results show the relationship between generated entropy, transversal pitch and Reynolds number. The technique employed was very useful and the advantage of using vortex generator on heat exchanger surfaces was proved.

Modelo de optimización de parques eólicos

En la actualidad los modelos de optimización de parques eólicos son de gran utilidad para la industria energética, y el uso de técnicas informáticas resulta una herramienta de fuerza en la búsqueda de las mejores configuraciones de parques eólicos. En este trabajo se describe un modelo de optimización de las configuraciones de parque eólicos, utilizando como criterio la maximización del Valor Actualizado Neto (VAN). Además se presentan algunos elementos complementarios como: funciones de restricciones, filosofía de búsqueda de soluciones y flujo de información dentro del modelo así como un ejemplo de la aplicación del modelo, en una región de Cuba.

At the present time, the optimization models for wind farms are of great utility for the energy industry, and the use of computer techniques is a strong tool in the search of the best wind farms configurations. In this work an optimization model of the wind farms configuration is described, using as maximize criteria the net present value (NPV). Some complementary elements are also presented as: restriction functions, of search philosophy of solutions and information flow inside the model. Finally an application example of the model is shown, for a region of Cuba.

Análisis numérico comparativo de fijadores para el tratamiento de fracturas proximales del fémur

Múltiples son los dispositivos utilizados para lograr la consolidación de las fracturas proximales del fémur, algunos sufren roturas antes de ser retirados del paciente, ocasionando nuevas complicaciones al mismo. En esta investigación se presentan los resultados del análisis numérico realizado a un fijador interno del tipo placa DHS (Dinámic Hip Screw) y a un fijador externo monolateral con tornillo cefálico RALCA (Rodrigo Álvarez Cambras), con el propósito de determinar el comportamiento del estado tensional-deformacional de ambos dispositivos durante la consolidación ósea de fracturas proximales de cadera, bajo la marcha monopodal del paciente. Para la modelación geométrica de los dispositivos en cuestión se empleó el paquete de diseño en 3D SolidWorks y la simulación numérica se realizó con el empleo del paquete de análisis por elementos finitos Cosmos/Works. Los resultados muestran valores inferiores de las tensiones máximas en el fijador externo en comparación con las tensiones que surgen en la placa dinámica bajo la acción de las cargas actuantes en los modelos, por lo que se concluye que el primero posee mejores características resistivas, siendo recomendable su uso en pacientes de mayor peso corporal o que podrían realizar actividades físicas más activas durante su recuperación postoperatoria.

Multiple are devices used to achieve the consolidation of proximal femur fractures, some suffering breakage before being removed from the patient, causing new complications to them. This research presents the results of the numerical analysis made to an internal fixer type plate DHS (Dinámic Hip Screw), and to a monolateral external fixer with RALCA (Rodrigo Alvarez Cambras) head screw, with the purpose of determining the behavior of the tensional-deformational State of both devices during the bone consolidation of proximal fracture of the hip, with patients walking using one leg. For the geometric modeling of the devices in question is employed the design package 3D SolidWorks and numerical simulation was carried out with the use of the analysis package by finite elements Cosmos/Works. The results show lower values of maximum stress in the external fixer in comparison with the stress that arise in the dynamic plate under the action of the acting loads on the models, so it can be concluded that the first possesses best resistive features, being recommended its use in patients having heavy weight or those who could make more active physical activities during their postoperative recovery.

Modelación matemática del funcionamiento de las coronas de molinos considerando la flotación de la maza superior

En este trabajo se propone un mecanismo equivalente para modelar el funcionamiento de las coronas de los molinos de caña de azúcar, que permite tomar en cuenta la forma real del perfil de los dientes trazados por arcos de círculos y la variación de la distancia entre centros durante su funcionamiento. Aplicando el método grafo-analítico al modelo propuesto se obtiene una función cinemática que define la posición angular instantánea de la corona conducida con dependencia de la distancia entre ejes de las ruedas y la posición angular de la corona conductora. Aplicando métodos paramétricos se obtienen ecuaciones para la velocidad y aceleración que son generales para cualquier tipo de perfil de dientes en engranajes que trabajan con variación de distancia entre centros. Finalmente se grafican estos parámetros para el funcionamiento de las coronas de un molino real concluyéndose que estas tienen relación de transmisión instantánea variable y que por el solo hecho de la forma del perfil se producen aceleraciones.

Equivalent mechanism is proposed for modeling sugar cane mills gears, which allows to take into account the shape of the tooth profile formed by circular arcs and the variation of the distance between centers for operation. Applying the graph-analytical method to the proposed model is obtained a function to define the instantaneous angular position of the sugar cane mill gear in relation with the instantaneous angular position of driver gear and the center distance of gears. General equations for the velocity and acceleration for any type of gear tooth profile with variable distance between centers are proposed through parametric method. Plotted these parameters for real sugar cane mill gear and it is concluded that the instantaneous speed ratio is variable and the profile shape produced accelerations.

Matriz informatizada de principios básicos de seguridad: una alternativa útil para su aprendizaje y aplicación

El artículo presenta un resumen general de las características distintivas de varios métodos de análisis de seguridad. Partiendo de las limitaciones intrínsecas de los mismos para realizar evaluaciones integrales de los principios de seguridad, se propone un método de fácil manejo para realizar análisis cualitativos de seguridad, dirigido además a sistematizar el uso de los Principios Básicos de Seguridad (PBS). Esta alternativa tiene como objetivo primordial promover el aprendizaje de los PBS. Las bases metodológicas del método propuesto son, una matriz interdependiente de PBS y un sistema de seguimiento de configuraciones peligrosas que enlaza los sistemas tecnológicos de la instalación y/o las características gerenciales de la entidad estudiada, con los PBS correspondientes. El artículo muestra el uso del código utilizando como referencia una instalación simplificada.

The paper presents an abstract of the distinctive characteristics of various methods of safety analysis. Beginning from the inherent limitations of these methods for the integral assessments of the safety principles, is proposed an easy-to-manage method for qualitative safety analysis, which as additional capability can be used to interpret and apply the Basic Safety Principles (BSP). The principal objective of this alternative is the BSP learning promotion. The methodological bases of the proposed method are the interdependent matrix of BSP and the system to trace dangerous configurations that coupled the technological systems of the facility and/or the management characteristics of the studied entity with the respective BSP. The paper shows the use of the computer code using as reference a simplified facility.

Factores geométricos para calcular a flexión engranajes cilíndricos rectos asimétricos con perfil evolvente-trocoide

Se propone un modo de cálculo analítico basado en el análisis del modelo gráfico del diente de los engranajes cilíndricos rectos asimétricos con perfil de evolvente y trocoide, que permite obtener las variables asociadas a la determinación de los factores geométricos de forma y de resistencia, necesarios para el cálculo de la resistencia a flexión. Este tipo de procedimiento es empleado por primera vez para obtener el parámetro geométrico de forma. Además, se establecen los fundamentos que aportan la determinación del parámetro geométrico de resistencia J para estos tipos de engranajes. Los resultados de la presente investigación permiten determinar el esfuerzo máximo a la flexión a partir de los coeficientes geométricos de forma y resistencia, se construyeron ecuaciones, tablas y diagramas representativos de estos parámetros. La aplicación práctica de este enfoque de solución, permite la generalización del mismo en los mecanismos de transmisión con engranajes cilíndricos de dientes rectos asimétricos de perfil evolvente trocoide.

In this paper an analytical method of calculus based on computer analysis of the spur gears graphic model with asymmetric teeth of involute profile and trochoid is proposed, it was estimated form geometry factor and bending strength by a direct calculus method. This procedure is first used to obtain form geometry factor. Furthermore, the factor J foundation for these types of gears was established. The results of this research determinates analytically the maximum bending stress, using the form geometry factor and bending geometry factor, built equations, tables and diagrams representing these parameters. The practical application of this solution approach allows the generalization of it in use in transmission mechanisms of cylindrical spur gears of asymmetric involute trochoid profile.

Estrategia de control para robots manipuladores con realimentación visual y plataforma electro-neumática de 3gdl

En este artículo se presenta un esquema de control en el espacio de tarea para dos estructuras robóticas diferentes, una plataforma electro-neumática de tres grados de libertad y un sistema servovisual. El esquema de control está basado en la medición del espacio de tarea del sistema. Consta de dos lazos en cascada. En el lazo interno se ejecuta el control articular y en el externo el control en el espacio de tarea. Se presenta el análisis de estabilidad y los resultados experimentales que corroboran el buen funcionamiento del sistema propuesto en un robot manipulador y una plataforma electro-neumática de tres grados de libertad. El esquema presentado abre un nuevo campo de investigación en el área del control en el espacio de tarea para resolver problemas de control de trayectoria y control anticipatorio.

In this paper a control scheme in the task space is presented for a 3DOF Electro-Pneumatic Platform and Servo-visual System. The control scheme is based on the measurement of system task space state. The control system considers two loops in cascade, an internal loop solving the robot's joint control and an external loop the task space control. A stability analysis is developed under the conditions that it is possible to approximate the dynamic effect of the internal loop as an external loop time delay. To illustrate the proposed controller, the control system stability and its performance, experimental results using a 3DOF pneumatic parallel robot and servo-visual system are presented. Experimental results confirm the expected step response in the task space. The control scheme presented opens a new research field in the task space control with algorithms for the solution of, trajectory control and feed-forward control.