Revista de la Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

La Facultad de Ingeniería de la UCV promueve la divulgación de su actividad de investigación

Monitoring system of the tacagua river basin, network optimization and tools for hydrological forecasting

La tragedia de Vargas del año 1999, impulsó una serie de medidas de prevención; algunas de ellas basadas en instrumentación de sistemas de monitoreo de variables hidrometeorológicas. En este trabajo se discutió una metodología para la evaluación de la densidad de la red basada en los registros obtenidos de las estaciones ubicadas en la cuenca del río Tacagua. Se revisaron las falencias en la operación y el mantenimiento en los últimos años, así como también se recomendaron acciones para garantizar el funcionamiento futuro de la red.

The tragedy of Vargas in 1999 prompted a series of preventive measurements, some of them based on instrumentation of monitoring systems of hydrometeorological process. In this paper, it is discussed a methodology for assessing the density of the network, based on records obtained from stations in the Tacagua river basin. The shortcomings in the operation and maintenance in recent years are reviewed and some actions are recommended to ensure the functioning of the network in the future.

Models three-dimensional and municipal management geodesics systems

En el presente trabajo se desarrolla la teoría de los modelos geodésicos tridimensionales, su formulación matemática y la conversión entre sistemas de coordenadas como soluciones ajustadas al establecimiento de sistemas de control y desarrollo de las actividades catastrales y, en general, orientados al establecimiento de programas de gestión municipal y estatal que, por sus características naturales e importancia económica, requieren de sistemas de coordenadas rectangulares planas vinculadas con levantamientos detallados y escalas de ingeniería civil y topográficas para el correcto desarrollo de aplicaciones en sistemas de información geográfica. Específicamente, cada sistema de referencia geodésico-topográfico debe incluir una definición estructurada conforme a las directrices propuestas por la organización que le confiere el carácter oficial de valor y calidad gubernamental (Agencia Cartográfica gubernamental en cada país) y que se expresa en formato del estándar de metadatos garantizando la compatibilidad con los diversos programas y aplicaciones dentro de los sistemas de información geodésica y espaciales. Finalmente se presenta la solución del modelo de transformación bidimensional de Datum PSAD56-La Canoa a REGVEN-SIRGAS en coordenadas U.T.M., acorde con la distribución de bloques por cartas a escala 1:1.000.000 que facilita la conversión analítica de archivos digitales de poligonales y coberturas cartográficas a nivel nacional para escalas cuya exactitud requiera de coordenadas al medio metro, es decir elaborados a escalas medias y menores a 1:2.000.

In the present work the theory of the Three-dimensional Geodesic Models is developed, its mathematical formulation and the conversion between Systems of Coordinates like solutions fit to the establishment of Environmental Control Systems of Regions and Cities where their natural terrain features and economic importance require an Plane Rectangular Coordinates System to link detailed surveying and Civil Engineering and Topographic scales for the correct development of applications in GIS. Specifically, each geodetic reference system, topographic and cadastral must include a structured according to the guidelines certified by the organization that confers official value and quality (Cartographics agencies) and is expressed in standard format Metadata for ensuring compatibility with the various programs and applications in information systems and space geodesy. Finally, present the solution of two-dimensional transformation model Datum from PSAD56-La Canoa to REGVEN-SIRGAS in U.T.M. for the distribution of blocks of letters 1:1.000.000 scale that makes the conversion of digital files mapping coverage with the accuracy required scales minor to 1:2.000.

Stochastic analysis of linear systems under seismic actions

El trabajo presenta una metodología que permite realizar análisis probabilísticos simplificados de las respuestas de sistemas estructurales discretos, de comportamiento elástico lineal, bajo la acción de movimientos sísmicos. La respuesta dinámica estructural se determina en el dominio del tiempo mediante análisis modal y el análisis probabilístico simplificado se realiza mediante el Método de los Estimadores Puntuales. La masa y la rigidez del sistema son consideradas como variables aleatorias independientes. El desarrollo de un ejemplo de aplicación permite ilustrar la implementación de la metodología propuesta. Los resultados obtenidos con el Método de Simulación de Monte Carlo permiten validar dicha metodología así como destacar sus ventajas para fines prácticos.

The paper presents a methodology to perform a simplified stochastic analysis of discrete linear structure responses under seismic actions. The structural dynamic response is determined in time domain by means of modal analysis, and the simplified stochastic analysis is performed by means of the Point Estimate Method. Structural systems mass and stiffness are considered as independent stochastic variables. The development of an application example allows us illustrating the implementation of the proposed methodology. The results obtained with the Monte Carlo Simulation Method allow us to validate the methodology as well as to emphasize its advantages for practical purposes.

Experimental development of the scuffing load carrying capacity of pseudo-lubricated materials. Aplications of the mechanochemical friction

Esta investigación corresponde a las primeras validaciones experimentales de la fricción mecanoquímica (MQf) para un simple y directo cálculo de la Capacidad de Carga ante el gripado (CdC-Scuffing), en la que interactúan: material base, tratamiento superficial, lubricante, aditivos, condiciones de operación y fricción. Las buenas correlaciones obtenidas confirman la verdadera naturaleza termodinámica de procesos irreversibles del mal llamado "coeficiente de fricción". En otras palabras, se confirma que la fricción empírica "on-site", o fricción mecanoquímica, basado en la noción tribológica de 3er cuerpo, no es un fenómeno térmicamente dominado. Con este nuevo paradigma mecanoquímico, podría no ser necesario extender a más de unos cuantos minutos (inclusive segundos), la proyección de la CdC-Scuffing. Este nuevo método es aplicable para técnicas in-situ de evaluación de lubricantes dirigidos a potenciales clientes y/o desarrolladores de formulaciones de lubricantes.

This research corresponds to the first experimental validations of the mechanochemical friction (MQf) for the simple and direct verified calculation of the s-LCC: Scuffing Load Carrying Capacity, which are interacting the following: base material, superficial treatment, lubricant additive and operation conditions. The good obtained correlation confirms the true non-equilibrium irreversible thermodynamic nature of the wrongly so called friction "coefficient". In other words, it is confirmed that the empirical on-site friction, or mechanochemical friction, based on the notion of the 3rd tribological body, is-NOT- a thermally dominated phenomenon. With this new mechanochemical paradigm, it would not be necessary to extend beyond a few minutes (even seconds), the s-LCC projection technique for MQf. The new method is on-site applicable (to clients).

Microstructural characterization of the sigma phase precipitation and disolution in the saf 2507 steel

El presente estudio tiene como objetivo la caracterización microestructural de muestras de acero superdúplex SAF 2507, sometidas a tratamientos de envejecimiento a 875 y 970 °C. En el primer caso se promueve la precipitación de la fase sigma y en el segundo, su disolución. La evolución microestructural observada en ambos tratamientos, se analizó mediante microscopía óptica y electrónica de barrido. Los resultados obtenidos indican que la cantidad relativa de la fase sigma aumenta progresivamente con el tiempo de envejecimiento a 875 °C, observándose una transformación casi total de la fase ferrita en fase sigma y austenita secundaria. Por otra parte, a medida de que se aumenta el tiempo de tratamiento a 970 °C, se observa una reducción del porcentaje de fase sigma y un aumento de la fase ferrítica. Asimismo, se evidencia el efecto de la precipitación de la fase sigma sobre la dureza.

This study shows the characterization of a superduplex stainless steel SAF 2507 after aging treatments at 875 and 970 °C. The first treatment promotes the precipitation of the sigma phase and the second one, its dissolution. The microstructural evaluation of both treatments was carried out by optical and scanning electron microscopy.The results showed an increase of the sigma phase fraction with the time of aging treatment at 875 °C, and an almost complete transformation of the ferrite phase in sigma and secondary austenite. On the other hand, increasing the time of treatment at 970 °C promotes a reduction of the sigma phase and the corresponding increase of the ferrite phase fraction. Furthermore, the study also showed the effect of sigma phase precipitation on the hardness.

Fractal fracture mechanics micro and nanoscale effects part I: Toughness and microscale mechanisms of fracture

Se analiza la naturaleza fractal de las superficies de fractura en aleaciones metálicas en general, combinando algunos resultados anteriores con los obtenidos en el presente trabajo para siete aleaciones de aluminio: cuatro de la serie 7000, dos de la serie 2000 y la aleación Al-0,57Si-2,03Ge; además de tres tipos de acero inoxidable, dos austenoferríticos: el dúplex SAF 2205 y el superdúplex SAF 2507, así como el acero austenítico AISI 304. La relación entre los mecanismos de fractura, la dimensión fractal y las propiedades mecánicas, especialmente la tenacidad, se estudia en términos de algunos de los modelos empíricos y teóricos actuales; al igual que los métodos más utilizados para la caracterización fractal de superficies de fractura. Se discute el resultado general al observar que un incremento en la tenacidad se relaciona con una superficie de fractura más irregular y, por lo tanto, con un aumento de la dimensión fractal. Los valores experimentales de la dimensión fractal dependen del método empleado en su determinación, pero mantienen la misma tendencia general.

The fractal nature of fracture surfaces in metallic alloys is discussed on the basis of the present investigation and some previous results for seven aluminum alloys and three stainless steels. Four aluminum alloys were of the 7000-series; two of the 2000-series and the Al-0,57Si-2,03Ge alloy. Two stainless steels were austenoferritic: the duplex SAF 2205 and the superduplex SAF 2507. The other stainless steel was the austenitic 304 type. The relation between the fracture mechanisms, fractal dimension and mechanical properties, particularly toughness; is explained from some of the current empirical and theoretical models, whereas the main methods for fractal characterization of metallic fracture surfaces were reviewed. The results related with the observed changes in toughness, roughness and fractal dimension are discussed and it is shown that the higher the toughness the rougher the fracture surface, which is related with an increase in fractal dimension. Fractal dimension values depend on the method of experimental measurement, but show the same general trend.

Phase transformations in low carbon steel

Mediante la aplicación de las técnicas de Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), Resistividad Eléctrica (ρ) y Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), se realizó un estudio de la transformación de fases en dos tipos de aceros microaleados de bajo contenido en carbono. La cinética de transformación no isotérmica fue estudiada en estado normalizado y en muestras sometidas a un tratamiento de austenización a 1100 ºC durante 30, 60 y 120 minutos, seguida de un temple en agua a 20 ºC. Las curvas de DSC para los aceros normalizados y para los tratados y templados muestran comportamientos diferentes evidenciando su sensibilidad al cambio microestructural. En ambos casos se reportan tres transformaciones endotérmicas y tres exotérmicas, correspondiente las exotérmicas a la precipitación de fases ricas en carbono en diferentes proporciones respecto a la matriz de hierro, mientras que la primera endotérmica se asocia con la disolución de cementita en el caso normalizado y de martensita en el caso templado, y las otras dos muy puntuales las cuales se asocian con la transición de ferrita magnética a ferrita amagnética y a la transformación alotrópica α → γ, respectivamente. La determinación de la entalpía relacionada con los picos puntuales de transformación, permitió calcular la fracción transformada asociada y evaluar su respectiva energía de activación. La resistividad en función del tiempo de austenización, presentó un comportamiento descendente hasta un plateau, indicativo de la fracción de átomos de carbono retenida durante la austenización y por ende asociadas con la fracción de martensita formada. La técnica de microscopía electrónica de barrido, evidenció para muestras en estado normalizado una microestructura ferrítico-perlítica y las templadas una microestructura martensítica.

By applying the techniques of Differential Scanning Calorimetry (DSC), Electrical resistivity (ρ) and scanning electron microscopy (SEM) was carried out a study of phase transformation in two types of microalloyed low carbon steels. The non isothermal transformation kinetics was studied on normalized samples and on austenitized samples at 1100 ºC for 30, 60 and 120 minutes followed by quenching in water at 20 ºC. DSC curves for normalized and quenched steels show different behaviors demonstrating its sensitivity to microstructural change. In both cases was reported three endothermic and three exothermic transformations, corresponding the exothermic peaks to the precipitation of carbon-rich phases in different proportions with respect to the iron matrix, while the first endothermic peak is associated to the dissolution of cementite in the normalized samples and to the martensite in the quenched samples, and the two very specific peaks was associated with the transition from ferrite magnetic to ferrite non-magnetic and α → γ, allotropic transformation, respectively. The good definition of the endothermic peaks permitted to calculate the fraction transformed and evaluates their respective activation energy. The resistivity as a function of austenitizing time present a downward trend to a plateau, indicative of the fraction of carbon atoms trapped in solid solution and thus associated with the fraction of martensite formed. Micrographs obtained by Scanning electron microscopy showed a ferritic-pearlitic microstructure in the normalized samples and a martensitic microstructure on quenching samples.

Use of polyaniline films (PANI) on carbon steelas corrosion protector and hydrogen sensor

Se realizó la electrodeposición de polianilina (PANI) sobre láminas de acero al carbono (AISI 1010) con la finalidad de estudiar el comportamiento de dicho recubrimiento como posible sensor de hidrógeno y protector contra la corrosión. La deposición se realizó empleando la técnica de voltametría cíclica (VC), en una solución acuosa de ácido oxálico 0,3 M con 0,1 M de anilina. Se obtuvieron recubrimientos de PANI después de 15 ciclos en su forma reducida (emeraldina, de color verde) y de 15,5 en su estado oxidado (pernigranilina, de color azul oscuro). Usando la técnica clásica de Devanathan-Stachursky se estimó el flujo de hidrógeno que permea a través de la lámina de acero. Para evaluar al recubrimiento de PANI como sensor de hidrógeno se utilizó sólo el lado catódico de la celda de permeación, dejando libre el lado recubierto. Así se podía hacer seguimiento a los posibles cambios de color en la película de PANI durante la permeación de hidrógeno. La película mostró una gran potencialidad como sensor al apreciarse cambios en su coloración, lo que indica la ocurrencia de cambios de estado de oxidación en presencia de hidrógeno. Para evaluar el recubrimiento como protector contra la corrosión, se realizaron ensayos electroquímicos de polarización potenciodinámica y de inmersión, ambos en una solución de 3,5% NaCl, en los cuales se encontró que el PANI protege catódicamente al acero y muestra un comportamiento aceptable durante cortos plazos de tiempo expuesto al medio.

The electrodeposition of polyaniline (PANI) on carbon steel plates (AISI 1010) was performed in order to study the PANIs behavior as possible hydrogen sensor and corrosion protection. The deposition was obtained using a cyclic voltammetry technique (CV) in an aqueous solution containing 0.3 M oxalic acid and 0.1 M aniline. The PANI deposition on steel was achieved after 15 cycles, to obtain its reduced state (Emeraldine, green) and 15.5 cycles to obtain its oxidized state (Pernigraniline, blue). Hydrogen permeation tests were carried out on steel sheets by the classical Devanathan-Stachursky technique to estimate the flow of hydrogen which diffuses through the steel. For the evaluation of PANI coating as a sensor the cathodic half of permeation cell was used. This permitted to follow possible changes in color of PANI during hydrogen permeation. The PANI coating showed a great potential as hydrogen sensor, experimenting changes in color due to its variation in oxidation states due to the presence of diffused hydrogen atoms. PANI was evaluated as corrosion protector using electrochemical techniques: potentiodynamic polarization and immersion, both of them in 3.5%NaCl solution. The PANI coating protected the steel cathodically, and it had an acceptable behavior during immersion, at least in the short period of evaluation.

Prediction of phase equilibrium in natural gas well tubing using cubic equations of state

El presente trabajo surge de la necesidad de estimar el perfil de condensado en tuberías de producción de gas natural, como parte del desarrollo de un paquete de simulación comercial que, empleando los modelos termodinámicos propuestos por Soave, Peng-Robinson y Kabaddi-Danner, estime las características de la formación de condensado y agua en las tuberías de producción de seis pozos de gas natural. Se diseñó un algoritmo de cálculo que permite estimar el perfil de condensado en segmentos de tubería utilizando el modelo de equilibrio Phi-Phi. Se desarrollaron las ecuaciones de balance de materia para equilibrio líquido-vapor (LV) y líquido-líquido-vapor (LLV), así como el uso de las ecuaciones cúbicas en la determinación de los coeficientes de fugacidad y las constantes de reparto de las sustancias, en las cuales los valores iniciales se estimaron a partir de la correlación de Wilson. Finalmente se compararon los resultados obtenidos respecto a datos de campo y se determinó que el error en el cálculo de la cantidad de condensado fue menor al 20% para el caso de equilibrio líquido-vapor y menores a 6% para el líquido-líquido-vapor. La diferencia entre los resultados obtenidos por cada ecuación cúbica de estado para todos los casos fue menor al 7%. La ecuación cúbica de estado de Kabaddi-Danner, utilizando el modelo de equilibrio trifásico, permite representar de manera confiable el equilibrio de fases en sistemas compuestos por mezclas de hidrocarburos de cadena simple y agua con características similares a las estudiadas en este trabajo.

This work arises from the need to estimate the condensate profile of a natural gas well tubing, as part of the development of a commercial simulation package, that employs the thermodynamic models proposed by Soave, Peng-Robinson and Kabaddi-Danner to estimate the condensate and condensed water formation in natural gas well tubing was studied. A calculation algorithm to estimate the condensate profile using tubing segments was designed using the Phi-Phi equilibrium model. The study included the development of the mass balance equations for vapor-liquid equilibrium (VL) and vapor-liquid-liquid equilibrium (VLL), and the use of cubic equations of state to determine the fugacity coefficients and the equilibrium constant of each substance; the Wilson equation was used to determine the initial values of the equilibrium constants. The obtained results using each cubic equation were compared with field data, it was determined that the error in the condensate estimation was less than 20% for vapor-liquid equilibrium and less than 6% for vapor-liquid-liquid equilibrium. The estimated error for the difference between the results obtained by each equation of state was less than 7%. The Kabaddi-Danner equation of state and the model of three-phase equilibrium represent with high reliability the phase equilibrium of single-chain hydrocarbons and water systems.