Ingeniería Mecánica

Analysis for geometric modeling and optimization of a worm type reactor using the method of dichromatic graph

En el presente trabajo se realiza la modelación, simulación y optimización de un reactor utilizado en las plantas para la obtención de un alimento animal, sobre la base de la predigestión del bagacillo de caña y el hidróxido de calcio en presencia de vapor denominado PREDICAL utilizando grafos dicromáticos. Se obtuvo el modelo matemático para el diseño del reactor, donde se vinculan las variables geométricas y tecnológicas. El modelo formulado permitió la optimización de la variable costo a partir de minimizar la variable geométrica diámetro exterior del reactor.

The present work performs modeling, simulation and optimization of a reactor used in plants for the obtencion of animal feed. It's made on the basis of pre-digestion of cane bagasse and calcium hydroxide in the presence of steam called PREDICAL and using dichromatic graphs. It was achieved the mathematical model for the design of the reactor, where are linked geometric and technological variables. The model developed allowed cost optimization based on minimize the geometric variable outside diameter of the reactor.

Mechanical behavior of Cuban henequen fibers and interphase with thermoplastic polymers of the polyolefin family

El aprovechamiento de las fibras lignocelulósicas de agave fourcroydes o henequén, cultivado en las condiciones de Cuba, para el diseño de un material compuesto con matriz de termoplástico, demandó conocer su comportamiento mecánico y el de la interfase con los polímeros propuestos como matriz. Se ensayaron fibras de la región de Limonar provincia de Matanzas, encontrándose valores de resistencia típicos de 500 MPa, mostrándose además estadísticas de otros parámetros como el área de la fibra y la relación perímetro-área. La interacción con polietileno de baja densidad dio como resultado un valor de resistencia al corte interfacial de 5,6 MPa, en cambio utilizando el copolímero de etileno 1-hexeno se alcanzó 8,4 MPa. Para estas condiciones se obtuvo longitudes críticas de 8,1 milímetros y menores. Se presentó una forma de preparación de las muestras para el ensayo de desprendimiento a tracción y un diseño de dispositivo para llevar a cabo esta prueba.

Incorporating fibers from agave fourcroydes, also named henequen, grown in Cuban farm conditions, into thermoplastic-matrix compositedesign took evaluating mechanical behavior of both the fiber and interphase with polymeric matrix candidates. Fibers from Limonar area in the province of Matanzas were tested, finding 500 MPa as typical tensile strength value. Statistical of fiber cross sectional area and perimeter to cross sectional area ratio is also showed. Fiber interaction with low density polyethylene yielded an interphase shear strength equal to 5.6 MPa but increased to 8.4 interacting with ethylene 1-hexene copolymer. For these experimental conditions, critical lengths of 8.1 millimeters and shorter were obtained. Are also presented both, an alternative to prepare pull-out test specimens and a device to evaluate them in a universal tensile testing machine.

Impact assessment of intermediate processes of steelmaking in electricity cogeneration of steel mill companies

The steel industry is one of the most energy-intensive industry sectors, accounting also for the generation of co-products with high added energy, among them stands out the process gases. These fuels supply part of thermal demand from the steel mill companies and are typically utilized for cogeneration of electricity. Thus even with all the amount and complexity of variables involved, a clear and accessible methodology developed by [5] was applied to predict and simulate the cogeneration of electricity. Therefore this study aims to evaluate the sensitivity of the change in production of intermediate processes in cogeneration. It was noted that some processes such as coke oven, blast furnace and steelmaking have a direct relationship between increased production and cogeneration capacity, but in other cases such as sinter plant and rolling mill the increase of production causes a decrease in the availability of fuels for thermoelectric power plant.

La industria siderúrgica es uno de los sectores donde se consume mayor cantidad de energia, siendo responsable por la generación de productos resultantes de procesos con un alto valor energético agregado, entre los que se destacan los gases de proceso. Esos combustibles suministran parte de la demanda térmica de la siderúrgica y, típicamente, son aprovechados para la cogeneración de electricidad. De esta forma, aún con la gran cantidad y la alta complejidad de las variables que intervienen, fue aplicada una metodología clara y accesible desarrollada por [5], para prever y simular la cogeneración de electricidad en un proceso típico de la industria siderúrgica. El objetivo de este trabajo es el de evaluar la sensibilidad de la cogeneración a la alteración de la producción de los procesos intermedios. Fue observado que algunos procesos como coquería, el alto horno y la acería, presentan una relación directa entre el aumento de la producción y la capacidad de cogeneración y, en otros procesos como la sinterización y la laminación, el incremento de la producción provoca una disminución de la disponibilidad de combustibles para la central termoeléctrica.

**Evaluation of two silanes in ethylenevinylacetate and TelinneMonspessulana flour compounds**

Se realizó un estudio comparativo del efecto que produce la adición de agentes de acoplamiento tipo silanovinyltrimethoxysilano y 3-aminopropiltrietoxisilano sobre la mezcla de etilenvinilacetato con harina de TelinneMonspessulana. La incorporación de agentes de acoplamiento se hizo de manera directa sobre la mezcla empleando harina sin tratar y mercerizada. También se hicieron ensayos mezclando etilenvinilacetatoy harina injertada previamente con cada uno de los silanos. Los compuestos fueron sometidos a ensayos de tensión con el fin de evaluar los agentes de acoplamiento. Se encontró que la adición delsilano amino durante el mezclado de los compuestos aumentó la resistencia a la tracción, siendo un importante resultado pues estos son materiales livianos aplicables en la industria de construcción y automotriz.

A comparative study the effect of the addition of silane coupling agents, vinyltrimethoxysilane and 3-aminopropyltriethoxysilane on ethylenevinylacetate and Telinnemonspessulana flour composites was performed. The silane coupling agents were added in the mixing stage of ethylene vinyl acetate and wood flour (untreated and mercerized). Tests were also made by mixing ethylenevinylacetate with previously grafted wood flour. Flour graft was performed with vinyltrimethoxysilane and 3-aminopropiltrietoxisilano. The compounds were tested for tensile testing to evaluate the coupling agents. It was found that the addition of amino-silane during mixing increased tensile strength, being this an important result since these are lightweight materials that can be used in the construction and automobile industry.

Wear resistance of aluminum bronze coatings produced by thermal spray

Se estudió la resistencia al desgaste adhesivo de recubrimientos de bronce al aluminio depositados con la técnica de proyección térmica por llama sobre bronce fosforado SAE 62. Los recubrimientos fueron fabricados variando las presiones parciales de los gases de combustión, oxígeno y acetileno. El material utilizado fue caracterizado estructuralmente mediante difracción de rayosX (X-ray diffraction, XRD) y el estudio morfológico mediante microscopía electrónica de barrido (Scanning electron microscopy, SEM). La resistencia al desgaste adhesivo de los recubrimientos se determinó por medio del ensayo de bola sobre disco, utilizando como bola una esférica de acero 100Cr6. Los resultados obtenidos permiten establecer que los recubrimientos proyectados con una presión de oxigeno de 78 psi y una presión de acetileno de 8 psi presentan la mejor resistencia al desgaste en comparación a los tratamientos producidos. El modo de falla de desgaste en los recubrimientos producidos es discutido en esta investigación.

We studied the adhesive wear resistance of aluminum bronze coatings deposited by thermal spray on phosphor bronze SAE 62 substrates. The coatings were deposited by varying the partial pressures of the combustion gases: oxygen and acetylene. The structural characterization was made through X-ray diffraction (XRD) and the morphological analysis was performed by scanning electron microscopy (SEM). The adhesive wear resistance of the coatings was determined by the bole on disc test using a spherical ball made of steel 100Cr6 and with a diameter of 6 mm. The results obtained show that the coating projected with an oxygen pressure of 78 psi and an acetylene pressure of 8 psi have the better wear resistance compared with the substrate and the others treatments deposited. Wear mechanisms for the coatings deposited are discussed in this research.

Designing a system to generate water jet illuminated laminar flow

Se diseñó y fabricó exitosamente un Sistema de Generación de Chorro de Agua de Flujo Laminar Iluminado, el mismo tiene como finalidad desarrollar destrezas y capacidades en el laboratorio de fluidos cuando se realicen prácticas de variación de caudal para obtener diferentes alturas, alcances y observar como viajan las partículas de agua en un flujo laminar, fenómeno que se produce gracias a la iluminación de todo el chorro con la tecnología de la fibra óptica y un potenciador led RGB. Los resultados obtenidos permiten realizar proyectos en el área de ornamentación que pueden ser utilizados de manera creativa en parques, hoteles, piscinas y piletas. El estudio inicia con la determinación de las ecuaciones de cantidad de movimiento, balance de energía y movimiento parabólico que sirvieron para el cálculo hidráulico y selección de la bomba de caudal y boquilla del dispositivo.

A system to generate water jet illuminated laminar flow was successfully designed and fabricated, the same aims to develop skills and capabilities in the laboratory practices fluids when flow variation for different heights and ranges are made and watch the water particles traveling in laminar flow, phenomenon which occurs by lighting the whole jet technology with fiber optics and a RGB led enhancer. The results obtained allow perform projects in the area of ornamentation, the same that can be used creatively in parks, hotels, swimming pools and fountains. The study begins with the determination of the equations of momentum, energy balance and parabolic movement that served to the hydraulic calculation and selection of the pump flow and nozzle device.

Diagnostic of a four cylinder gasoline engine using vibration analysis

Este trabajo presenta el análisis de vibraciones de un motor de combustión interna, operando con diferentes mezclas de combustible, para identificar condiciones de operación con falla, utilizando un banco de pruebas y la falla estudiada fue el "misfire". Tres mezclas de combustible fueron probadas: E8, E20 y E30. Aplicando la transformada rápida de Fourier a las señales, se compararon las condiciones de operación normal y con falla entre combustibles, buscando componentes de frecuencia característicos para evaluar la validez de los estudios realizados hasta ahora en gasolina pura. Los resultados muestran que el comportamiento utilizando las diferentes mezclas de combustible es similar al reportado con gasolina pura, y los componentes de frecuencia que diferencian la condición normal y con falla también están presentes en las mezclas de combustible. Se extrajeron características estadísticas de las señales en el dominio de la frecuencia para simplificar el proceso de identificación.

This paper presents the vibration analysis of an internal combustion engine, using different fuel blends, to identify fault operating conditions. A purpose built engine test bench was used and the fault studied was misfire. Three fuel blends were used: E8, E20 and E30. Fast Fourier transform was applied to the signals. A comparison between normal and faulty operating conditions was carried with every fuel used, looking for characteristic frequency components, to assess the validity of past studies on misfire performed on pure gasoline. The results show that the behavior using the different fuel blends is similar to the one reported on pure gasoline, and that the frequency components that differentiate normal and faulty conditions are also present on the fuel blends. Statistical characteristics were extracted from the signals in the frequency domain to simplify the identification process.

Structural analysis of a fibrocement anaerobic bioreactor for finite elements method

El trabajo consistió en evaluar la resistencia mecánica de los tanques de fibrocemento como una propuesta de un sistema anaerobio de bajo costo para la producción de biogás. Para el diseño se utilizó el método de los elementos finitos (MEF), el cual fue una herramienta fundamental para realizar el análisis estructural de la resistencia a la tracción de los bioreactores anaerobios. Con el nuevo sistema se propone una alternativa adecuada para generalizar, de manera sostenible y económica, la producción de biogás en las zonas rurales. Para el diseño se utilizaron tanques de fibrocemento de 1900 L, y tuberías y accesorios plásticos, obtenido un volumen máximo de acumulación de biogás de 1,12 m³. Los tanques de fibrocemento no cumplieron con las especificaciones necesarias para el objetivo de diseño; por tanto, se desarrolló un nuevo diseño dimensional para garantizar la resistencia a la tracción como bioreactores anaerobios.

The paper consist on asses the mechanical resistant of the fibrocement tanks as a proposal of an anaerobic system of low cost for biogas production. For the design was used the finite elements method (FEM), which it is fundamental tool to carried out the structural analysis of the resistant to the traction of the anaerobic bioreactor. With this new system, a suitable option to spread, of sustainable and economic means, the biogas production on rural zones. For the design was used fibrocement tanks of 1900 L, and pipes and accessories plastics, achieving a maximum volume of cumulative biogas of 1,12 m³.The fibrocement tank was not accomplished with the necessary specifications to achieve the design aim; for that reason, a new dimensional design was developed to guarantee the traction resistant as anaerobic bioreactors.

The influence of cutting speed and feed rate in surface integrity of aisi 1045

The aim of this research is to study the influence of cutting speed and feed rate on surface integrity of AISI-1045 subjected to a turning process. The specimens were in annealed condition (81 HRB). A 3² factorial experiment design was employed using low, medium and high levels of the two variables in study, performing 9 experiments with a replica. The surfaces were evaluated through the measurements of surface roughness, surface residual stresses, nano-indentation hardness and analyzing the deformed layer. Results corroborated the great influence of feed rate on surface roughness. The results of the residual stresses have shown the influence of cutting speed as well as feed rate in the behavior of circumferential and axial stress respectively. From the analysis of the microstructure was feasible to observe the tertiary deformation zone due to the machining process. The hardness measured by nano-indentation showed that the thickness of this hardened zone can reach up to 50 µm.

El objetivo de esta investigación es el estudio de la influencia de la velocidad de corte y la velocidad de avance en la integridad superficial del acero AISI-1045, sometido a un proceso de torneado. Las probetas se sometieron a un tratamiento térmico de recocidos (81 HRB). En el trabajo se empleó un diseño experimental 3², con dos variables a tres niveles experimentales, para un total de nueve experimentos, los que fueron replicados. La integridad superficial fue evaluada con la medición de la rugosidad superficial, las tensiones residuales superficiales, la medición de dureza por nano-indentación y por el análisis de la de formación terciaria. Los resultados determinaron la gran influencia de la velocidad de avance en la rugosidad superficial. La medición de las tensiones residuales mostró la influencia de las variables de corte. Del análisis microestructural se observó la existencia de dos zonas de deformación determinándose que el espesor de la zona endurecida llegó a 50 µm.