Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia

Numeric simulation of the solidification of the pure iron varying the solidification process parameters

In the study reported in this work, two-dimensional numerical simulations were made of pure iron solidification in industrial AI 50/60 AFS greensand and mullite molds, using the finite element technique and the ANSYS software program. For this purpose, the thermophysical properties of iron were considered temperature-dependent, while for sand and mullite these properties were considered constant, and the convection phenomenon was also considered on the external surface of the mold. In order to study the influences of the parameters in the solidification process, such as, sand and mullite mold types, preheating temperature of the mold (ambient and heated), superheating temperature of the liquid metal and loss of heat on the mold by convection, the optimization through the factorial design was accomplished. Metallurgical characteristics, such as the attack zone in the feed head and hot top, were not taken into account in this study, since they are irrelevant to the behavior of metal to mold heat transfer. Owing to the temperature-dependent thermo-physical properties of iron, this type of problem is of nonlinear characteristic. The results of the heat transfer are shown throughout the 2D system, as thermal flow, thermal gradient, the cooling curves at various points of the solidified specimen were determined, as well as the analysis of the factorial design of the result and heating or/and cooling in the molds were also accomplished. Through the analysis of the factorial design result of the parameters it was found which mold type influences negatively the result and the interaction of the metal temperature with the convection phenomenon contributed significantly to the result. The cooling curves characterize the grain size and mechanical properties of metal; hence, owing to the smaller grain size of metal cast in mullite molds, this type of mold grants better mechanical properties to the cast part.

En este trabajo se realizó la simulación numérica en dos dimensiones de la solidificación del hierro en moldes de arena sintética al verde industrial, Al 50/60 y mulita por medio de la técnica de elementos finitos con el programa ANSYS. Las propiedades termofísicas del hierro fueron consideradas dependientes de la temperatura, mientras que estas propiedades para la arena y la mulita se consideraron constantes; adicionalmente, se tomó en cuenta el fenómeno de convección en la superficie externa del molde. Se estudió el efecto de los siguientes parámetros en el proceso de solidificación: tipo de arena y mulita, temperatura de precalentamiento del molde (ambiente y calentado), temperaturas de supercalentamiento del metal líquido y la pérdida de calor por convección en el molde. La optimización de estos parámetros se realizó por el método de diseño factorial. Las características metalúrgicas del cabezal de alimentación y del tope caliente no se consideraron en este estudio, ya que son irrelevantes en el comportamiento de la transferencia de calor entre el metal y el molde. Debido a que las propiedades termofísicas del hierro dependen con la temperatura, este es un tipo de problema de característica no lineal. Los resultados de la transferencia de calor se presentan en un sistema de dos dimensiones para el flujo térmico, el gradiente térmico, las curvas de enfriamiento en varios puntos de la pieza solidificada y las curvas de calentamiento y/o enfriamiento en los moldes; así como también, el análisis de los resultados por el método de planeamiento factorial fueron realizados, pues, mediante esta análisis fue encontrado que el tipo de molde influencia negativamente en el resultado, por otro lado, la interacción de la temperatura del metal con el fenómeno de confección contribuyo significativamente en el resultado.

Attitude control of a minihelicopter in hover using different types of control

Helicopters exhibit highly nonlinear dynamics with strongly coupled modes. They are very difficult to model and to control. In this paper, a model of the minihelicopter in hovering is proposed and controlled using different types of control strategies: a Linear Quadratic Gaussian (LQG), a Pole Placement and a Proportional-Integral-Derivative (PID) one. The controllers are compared using a performance index in order to select the best one. A test platform is proposed in order to perform tests and avoid helicopter crashes and sensor losses. This paper also describes de ELEVA Architecture (Unmannded Aerial Vehicle for the Inspection of Electrical Power Lines), developed in the Departamento de Automática, Ingeniería Electrónica e Informática Industrial (DISAM) of Universidad Politécnica de Madrid. The ELEVA prototype uses the control strategies presented in the paper.

Los helicópteros son sistemas dinámicos nolineales y con modos fuertemente acoplados, por lo que son difíciles de modelar y controlar. En este artículo, un minihelicóptero de radio frecuencia es controlado en vuelo estacionario utilizando diferentes estrategias de control: un Regulador Gaussiano Cuadrático Lineal (LQG), un Regulador mediante Asignación de Polos y un Regulador Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Estos controladores se comparan utilizando un índice de rendimiento, para seleccionar el que mejor regula la aeronave en vuelo estacionario. En función de realizar pruebas sin que los operarios y la nave corran riesgos de pérdida, se propone un esquema con una plataforma de prueba. Este artículo adicionalmente describe la arquitectura del prototipo para la Inspección de Líneas Eléctricas de Alta Tensión con un Vehículo Aéreo no tripulado (ELEVA), desarrollado en el Departamento de Automática, Ingeniería Electrónica e Informática Industrial (DISAM) de la Universidad Politécnica de Madrid. El prototipo ELEVA hace uso de los controladores diseñados y presentados en el artículo.

Methodology to estimate the total sediment transport in mountainous river basins

The determination of the sediment yield in mountain basins is an important task in water resources management, and also in the design of hydraulic works. The estimates of sediment yield are usually obtained by considering mainly the suspended sediment, neglecting or assigning a proportion to the material that is transported as bed load. The papers objective is the development of a methodology to estimate the total sediment yield (suspended and bed loads) in mountain streams. Watershed laminar erosion is computed by using the MUSLE model, in order to estimate suspended sediment load. Bed load is calculated by applying the equations of Schoklitsh and Meyer-Peter/Müller. These models are applied using extraordinary events hydrographs, associated with storms of 10, 25, 50 100 and 500 years of return period, in order to obtain a functional relationship between the sediment yield due to laminar erosion and bed load. This relationship allows the estimation of monthly and annual series of total sediment yield, by using a continuous rainfall-runoff model. The methodology is applied on several watersheds located on the Southern slope of El Ávila National Park, in Caracas, Venezuela.

La determinación de los aportes anuales de sedimentos en cuencas montañosas, es de suma importancia para el manejo de los recursos hídricos, así como para el diseño de obras hidráulicas. Los estimados de la producción de sedimentos se basan usualmente en considerar primordialmente los aportes de material fino (sedimentos suspendidos) despreciando, o asignándoles un porcentaje a los aportes de material grueso que son transportado como carga de fondo. El objetivo de este trabajo es el desarrollo de una metodología para estimar la producción total de sedimentos (arrastre suspendido y arrastre de fondo) en cuencas de montaña. Se calculan por separado la erosión laminar en las laderas empleando el modelo MUSLE para el acarreo en suspensión, y las ecuaciones de Schoklitsh y Meyer-Peter/Müller para el acarreo de fondo. Se aplican estos modelos a los hidrogramas de eventos extraordinarios de 10, 25, 50 100 y 500 años de periodo de retorno, para así obtener una relación funcional entre la producción de sedimentos por erosión laminar y la producción por arrastre de fondo, que permite mediante un modelo continuo lluvia-escorrentía estimar la producción media mensual y anual de sedimentos. La metodología se ilustra con una aplicación a las cuencas de la vertiente sur del Parque Nacional El Ávila en Caracas, Venezuela.

Daylighting of buildings: Theoretical methodological proposal for the characterization and evaluation of spaces

The objective of this work is to make a theorical methodological proposal for the daylighting characterization and evaluation of spaces, in buildings under the real sky condition; these was developed to be applied in the evaluation of Bioclimatic House Prototype VBP-1, designed for Maracaibo -Venezuelas city (10° 40.5 north latitude). This Proposal was divided in two parts: the first, directed to define a process for the characterization (existent situation) in which were described the procedures of measure of quantitative aspects (external illuminance, interior illuminance, reflectance and transmitance of the surfaces), identifying and classifying parameters presents on each one of them and the second part, direct to define a process for the evaluation (ideal situation) with the values recommended by standards, which subsequently permit to establish comparisons between existing and recommended values. Like result of this methodology, was design a series of register forms for take data, which facilitate the daylighting characterization and evaluation of each space.

El objetivo del trabajo es realizar una propuesta teórico metodológica para la caracterización y evaluación lumínica natural de espacios, en edificaciones bajo condición de cielo real; la misma, fue desarrollada para ser aplicada en la evaluación de la Vivienda Bioclimática Prototipo VBP-1, diseñada para la ciudad de Maracaibo-Venezuela (10° 40.5 latitud norte). La Propuesta, se dividió en dos partes: la primera dirigida a definir un proceso para la caracterización (situación existente) en la cual, se describieron los procedimientos de medición de los aspectos cuantitativos (iluminancia exterior, iluminancia interior, reflectancia y transmitancia de las superficies), identificando y clasificando los parámetros presentes en cada uno de ellos y la segunda parte, dirigida a definir un proceso para la evaluación, (situación ideal), a través de los valores recomendados por normas, lo que permitirá posteriormente establecer comparación entre valores existentes y recomendados. Como resultado de esta metodología, se diseñaron una serie de formularios para el registro de la información, que facilitan la caracterización y evaluación lumínica de los espacios.

An stiffness coefficients proposal for thin walled open beams

According to the conventional formulation it is considered that the warping of a beam under torsion is free and constant among a section and the other. This consideration is unacceptable for thin walled open elements since has been shown that in these the warping is variable and originates a different state of stress of which that considers the traditional approach. Therefore, it is necessary to include these effects when it analyses restricted torsion in this structural type of elements. This paper shows a method to obtain stiffness coefficients in thin walled open beams by using the differential equations and the matrix of initial parameters presented by V. Z. Vlasov. Some initial results are presented obtained with the model proposed.

Agent-based design for fault management system in industrial processes

At the present time, the necessities of the industry demand procedures for global management, integrating information systems to manipulate and to use the information in the controlled processes. These considerations lead to the development of supports systems for decisions-making, for which fault detection and diagnostic system are vital aspects. In this work, a multi-agent-based reference model for fault management in industrial processes is proposed. The fault management problem is viewed like a feedback control process and the actions are related to the decision-making in the scheduling of the preventive maintenance task and the running of preventive and corrective specific maintenance tasks. A particular methodology allowing the conception and analysis of the agent systems is used for the agents design. As a result, a set of models describing the general characteristics of the agents, specific tasks, communications and coordination is obtained.

En la actualidad, las necesidades de la industria demandan procedimientos de gestión global que integren los sistemas de información para manipular y utilizar la información en los procesos controlados. Estas consideraciones conllevan, entre otras, al desarrollo de sistemas de apoyo a la toma de decisiones, para los cuales se hacen imprescindibles sistemas de detección y diagnostico de fallas. En este trabajo se propone un modelo de referencia que permita la gestión del mantenimiento sobre plataformas de automatización industrial estándar, basado en un sistema multi-agente, siendo visto este proceso de manejo de fallas como un sistema de control en lazo cerrado. La concepción y análisis del sistema multi-agente es lograda usando una metodología que permite especificar las características de los agentes, sus tareas y servicios, así como también las comunicaciones y coordinación entre los diferentes agentes del sistema.

Septic Tank (ST)-Up Flow Anaerobic Filter (UFAF)-Subsurface Flow Constructed Wetland (SSF-CW) systems aimed at wastewater treatment in small localities in Colombia

Research was done on Septic Tank (ST), Up Flow Anaerobic Filter (UFAF) and Subsurface Flow Constructed Wetlands (SSF-CW) arrangements, aimed at domestic wastewater (DWW) treatment in Colombian small localities. UFAF (commonly used as complementary treatment for ST effluents) with hydraulic residence times (HRT) up to 8 hours were evaluated using gravel and bamboo rings as supporting media. Removal efficiencies of 49.6% ± 2.6 of COD, 56.6% ± 2.1 of BOD5 and 62.4% ± 2.3 of TSS, were obtained. No significant statistical differences were detected between treatments. Pilots units of SSF-CW with HRTs up to 1 day were evaluated in order to reach a minimum of 80% removal efficiency on DWW, as established by Colombian legislation. Typha sp, Juncus sp and Renealmia alpina, vegetal species of the Colombian coffee-growing region, were planted in gravel and sand media. The systems reached BOD5 removal efficiencies of 50.6% ± 21, and indicator bacteria reductions near to 2 log cycles. No significant differences in efficiency were attained. The BOD5 removal rates encountered, in the ST-UFAF-SSF-CW package, during the study allows 80%. The results obtained from the present research were used in scaling-up a DWW treatment system in a small locality in Colombia.

Se estudiaron modificaciones al conjunto Tanque Séptico (TS), Filtro Anaeróbio de Flujo Ascendente (FAFA), y Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial (HAFSS) para el tratamiento de aguas residuales domésticas (ARD) en pequeños municipios. En primer lugar, se evaluó el empleo de medios de soporte de grava y anillos de guadua en FAFAs con tiempos de residencia hidráulica (TRH) inferiores a 8 horas, tratando un efluente de TS. Se obtuvieron remociones de 49,6% ± 2,6 en DQO, de 56,6% ± 2,1 en DBO5 y 62,4% ± 2,3 en SST, sin detectarse diferencias estadísticamente significativas entre tratamientos. Como complemento al sistema TS-FAFA, se evaluaron unidades piloto de HAFSS (TRH < 1 día) con lechos de grava y arena, usando 3 especies vegetales de la zona cafetera colombiana: Typha (Typha sp.), Junco (Juncus sp.) y Jengibre (Renealmia alpina). Se reportaron remociones de 50,6% ± 21,7 en DBO5 y reducciones en indicadores bacterianos inferiores a 2 órdenes logarítmicos, sin encontrarse diferencias significativas. Las tasas de remoción globales obtenidas, en términos de DBO5, del conjunto TS-FAFA-HAFSS fueron del 80%. Estos resultados se usaron para optimizar un sistema de tratamiento de ARD en una localidad colombiana.

Effect of pore sealer in the behavior of thermal sprayed aluminum and zinc coatings in marine and coastal marine atmospheres

The objective of this research is to study the effect that have pore sealers in the behavior of Thermal Sprayed Cinc y Aluminum, and Zn/Al coatings in marine and coastal marine atmospheres, during one year of exposition. To that effect, carbon steel sheets (10cm x 15cm × 3 mm) were sprayed by using two different processes (electric arch and flame spray), with and without the application of two additional layers of sealer. Three sealers were evaluated: two wash primers of different suppliers, and a phenolic sealer. The sheets were exposed in two atmospheric test sites, La Voz (coastal marine atmosphere), and the Towers of the crossing of the Lake of Maracaibo (marine atmosphere). The sheets were characterized by means of initial weight, thickness, metallographic, adhesion, roughness, being evaluated monthly by visual inspection and photographic. The results showed that in these aggressive atmospheres, where the wind effect is important, the thermal sprayed Zn/Al coating, offers an excellent behavior even without sealer, producing galvanic protection to the substrate. In the case of thermal sprayed of Cinc and Aluminum coatings, a phenolic based pore sealer should be used, for covering completely the irregularities owned by this type of coating.

El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto que tiene un sellador de poros en el comportamiento de los recubrimientos por termorrociado de cinc, aluminio y Zn/Al en atmosferas marinas y costeras marinos, luego de 1 año de exposición. Para ello, se evaluaron láminas de acero al carbono (SAE 1010) de 10cm × 15cm, termorociadas por dos procesos diferentes de aplicación (arco eléctrico y llama), con y sin la aplicación de dos capas adicionales de recubrimiento sellador orgánico. Se evaluaron tres selladores: dos wash primer de diferentes fabricantes, y un sellador fenólico. Las láminas fueron expuestas en dos estaciones de ensayo natural: La Voz (atmósfera costera marina), y Las Torres del cruce del Lago de Maracaibo (atmósfera marina). Las probetas se caracterizaron mediante masa inicial, espesor, metalografía, adherencia y rugosidad, evaluándose mensualmente por inspección visual y registro fotográfico. Estas probetas se retiraron a los 3, 6 y 12 meses de exposición para ser analizadas en el laboratorio. Los resultados mostraron que en los atmósferas agresivos estudiados, donde el efecto erosivo es importante, el recubrimiento termorrociado Zn/Al (doble capa), ofrece un excelente comportamiento aún sin sellador y produce protección galvánica al sustrato. Para el caso de los recubrimientos de cinc y aluminio, es necesario utilizar un sellador de poros fenólico para que cubra completamente las irregularidades propias de este tipo de recubrimiento.

Electrochemical behavior study of AISI 304 and 316 in carbonate or chloride contaminated concrete

In this work the behavior of steel AISI-SAE 304 and 316 were studied in reinforced concrete, using prisms exposed in environments with chlorides, with chlorides incorporated or exposed with high contents of CO2. All of them with a a/c relation of 0.65, compressive strength of 150 Kgf/cm² and they were at environments of 30 ± 5°C and 90% HR. At the same time, several electrodes of stainless steel AISI 304 were studied immersing them in pore water solution to different times and chloride ion concentrations from 1 and 2% p/p. The techniques of measurement used were: potential, linear polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Stainless steel 304 and 316 reported average corrosion rates below 0.02 µA/cm², for all the conditions evaluated in the reinforced concrete prism. Nevertheless, when comparing the values of corrosion rate obtained through EIS with those from linear polarization for the reinforcements that presented greater corrosion rates (³0.1 µA/cm²), these were similar when the Nyquist diagram showed capacitive oxide film. On the contrary, when the corrosion rate were very low (<0.01 µA/cm²), the mathematical adjustment found limitation for the systems with high resistance polarization. The corrosion rates reported for AISI-SAE 304 in the pore water tests were greater (0.05 and 0.12 µA/cm²/1% NaCl; 0.24 and 0.05 µA/cm²/2% NaCl), after 6 and 336 hours, respectively; which indicates that the corrosion rate is increased with time of exposure for 1% of NaCl, not thus for 2%.

En este trabajo se estudió el comportamiento del acero AISI 304 y 316 en concreto, utilizando probetas de concreto armado expuestas a medios con cloruros, incorporados éstos en la mezcla o expuestas a medios con alto contenidos de CO2, todas con una relación a/c de 0,65, resistencia a la compresión de 150 Kg/cm² y un medio ambiente de 30 ± 5°C y 90% HR. Adicionalmente, se evaluaron electrodos de acero AISI 304 inmersos en solución de agua de poro a diferentes tiempos de exposición y concentraciones de iones cloruro al 1 y 2% p/p base cemento. A tal efecto, se emplearon técnicas electroquímicas de medición de potencial, polarización lineal y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS). Los aceros inoxidables 304 y 316 reportaron en promedio, velocidades de corrosión por debajo de 0,02 mA/cm², para todas las condiciones evaluadas en las probetas de concreto armado. Sin embargo, al comparar los valores de velocidad de corrosión obtenidos a través de EIS con los de polarización lineal para los refuerzos que presentaron mayores velocidades de corrosión (³0,1mA/cm²), estas fueron similares donde los diagramas Nyquist análogamente mostraban la formación de óxidos poco capacitivos. Por el contrario, cuando las velocidades de corrosión eran muy bajas (< 0,01mA/cm²), el ajuste matemático encontró limitación para los sistemas con elevadas resistencia a la polarización. Las velocidades reportadas para los AISI 304 en los ensayos de agua de poro fueron mayores (0,05 y 0,12 mA/cm²/1% NaCl; 0,24 y 0,05 mA/cm²/2% NaCl), luego de 6 y 336 horas, respectivamente; lo cual indica que la velocidad de corrosión se incrementa con el tiempo de exposición para 1% de NaCl, no así para el 2%.