Scielo RSS <![CDATA[Ingeniare. Revista chilena de ingeniería]]> http://www.scielo.cl/rss.php?pid=0718-330520160005&lang=es vol. 24 num. ESPECIAL lang. es <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.cl/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.cl <![CDATA[<b>La Ingeniería Mecánica en Chile</b>: <b>presente y futuro</b>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500001&lng=es&nrm=iso&tlng=es <![CDATA[<b>Método mejorado de simulación multiescala del viento sobre terreno complejo para la evaluación del recurso eólico</b>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500002&lng=es&nrm=iso&tlng=es Debido a la variabilidad natural del viento y su fuerte dependencia en las condiciones atmosféricas locales, es necesario realizar evaluaciones exhaustivas del recurso eólico para determinar cuánta energía se puede generar en un sitio determinado [1]. Habitualmente se requiere utilizar modelos avanzados con capacidad de simulación multiescala de alta resolución para los proyectos eólicos onshore instalados sobre terreno complejo. Para tal propósito se adaptó y validó un método mejorado de simulación a gran escala (Large-Eddy Simulation, LES) en el modelo atmosférico no hidrostático MC2 de Environment Canada [2-3]. Dicha implementación ha sido validada modelando numéricamente el viento estratificado para casos típicos sobre terreno plano y montañoso, a partir de los cuales se ha comprobado que el nuevo método multiescala entrega muy buenos resultados al compararlos con otros modelos que cuentan con métodos computacionalmente intensivos [4-5]. Este modelo avanzado ahora cuenta con la capacidad de resolver estructuras multiescala del viento utilizando nuevos esquemas de inicialización y discretización que permiten una modelación numérica precisa y estable en presencia de topografía de gran impacto [6-7]. El modelo resultante puede ser utilizado para la evaluación del potencial eólico a nivel local, nacional y regional, asegurando la reducción del error numérico por sobreestimación del viento en sitios montañosos, un problema común de este tipo de herramientas computacionales. Dichos avances científicos en modelación numérica del viento aportan al estudio detallado de la instalación de parques eólicos en acantilados y cordilleras donde se espera una aceleración natural del viento.<hr/>Due to the natural variability of wind and heavy reliance on local atmospheric conditions, it is necessary to conduct thorough wind resource assessments to determine how much energy can be generated at a given site [1]. Usually it requires advanced high resolution multi-scale models capable of simulating onshore wind farms installed on complex terrain. For this purpose, an enhanced numerical method was devised and adapted in the non-hydrostatic atmospheric model MC2 of Environment Canada with imbedded Large-Eddy Simulation (LES) capabilities for wind simulations over steep topography [2-3]. This implementation has been validated numerically by modeling the neutrally stratified wind for typical flat and mountainous terrain. From these tests it has been found that the new multi-scale method delivers very good results when compared with other models which use intensive computing methods [4-5]. This advanced method now has the ability to solve multi-scale structures using a new wind initialization and time discretization schemes that allow more stable and accurate numerical modeling in the presence of high impact topography [6-7]. The resulting model can be used to assess the wind resource at local, national and regional scales, ensuring a significant error reduction due to overestimation of the wind in mountainous areas. These advancements in wind modeling provide better tools for detailed studies required for planning and installing wind farms on cliffs and ridges, where a natural acceleration of the wind is expected. <![CDATA[<b>Influencia del porcentaje de relleno en la resistencia mecánica en impresión 3D, por medio del método de Modelado por Deposición Fundida (FDM)</b>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500003&lng=es&nrm=iso&tlng=es La impresión 3D es un proceso de manufactura que se basa en la fabricación de prototipos, partes y piezas funcionales. Existen diferentes métodos, en los cuales se utilizan distintos materiales en diversos formatos. Uno de los métodos más utilizados es el Modelado por Deposición Fundida (FDM). A pesar de las ventajas que posee con respecto a otros procesos de fabricación, la impresión 3D no está libre de dificultades o problemas. Una de las principales problemáticas se presenta al momento de configurar una impresión y tiene relación con la elección de los parámetros de impresión. En ocasiones, la elección se realiza en función de la experiencia de los operadores, pero cuando se requieren propiedades específicas, no se conocen los parámetros a elegir. En este trabajo, se analizó la influencia del porcentaje de relleno en la resistencia a la tracción de piezas fabricadas en ABS, con una impresora Makerbot Replicator 2X. Para ello, se imprimieron probetas para ensayos de tracción, variando el porcentaje de relleno, manteniendo los demás parámetros constantes. Luego fueron ensayadas y de esta manera se logró obtener la propiedad mecánica de resistencia a la tracción. Además, se analizó el tiempo efectivo de impresión, logrando establecer un rango recomendado de impresión en función de este parámetro combinado con la resistencia a la tracción. La máxima resistencia a la tracción promedio, se obtuvo con un porcentaje de relleno de 100% y fue de 34,57 [MPa]<hr/>3D printing is manufacturing process that consists of the fabrication of prototypes, parts and functional pieces. Several methods can be used, with different materials in differentformats. One of the most popular techniques is the Fused Deposition Modelling (FDM). This method has several advantages with respect to other manufacturing processes, although it also has some problems and difficulties. One of these problems arises when setting the printing parameters. Generally, the printing parameters are selected according to the user's experience, although it is rather difficult to adapt the parameter settings in order to obtain specific mechanical properties of the printed parts. This work, analyzes the influence of infill on the tensile strength in parts printed with ABS, using a Makerbot Replicator 2X 3D printer. Test specimens were printed, modifying the infill, while maintaining the other parameters constant. Afterwards, the test specimens were tested in a traction test obtaining the tensile strength. In addition, the effective impression time was analyzed, in order to obtain a recommended infill ranges of impression time and tensile strength. Results showed that the maximum tensile strength was 34.57 [MPa] considering a 100% infill. <![CDATA[<b>Respuesta de un harnero vibratorio ante la pérdida de rigidez en los apoyos</b>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500004&lng=es&nrm=iso&tlng=es Los harneros vibratorios son máquinas críticas en la industria minera. La correcta operación del harnero se consigue con un movimiento adecuado, definido principalmente por su inclinación y amplitud vibratoria [1-2]. Los modelos dinámicos disponibles en la literatura no permiten simular condiciones en que es significativa la variación dinámica del ángulo de inclinación, como en la partida, detención y operación con pérdida de rigidez en algún apoyo, pues estos modelos linealizan el movimiento angular [3-4]. En el presente trabajo se plantea un modelo dinámico no lineal de tres grados de libertad de un harnero vibratorio mostrando su desarrollo, solución y simulaciones numéricas. Las simulaciones entregan cuánto cambia la dirección de cada órbita y magnitud de la frecuencia natural, con respecto a la rigidez de los apoyos. Con esto es posible evaluar el estado de los resortes para mantener las condiciones de diseño que aseguren la alta eficiencia requerida y detectar los cambios de estos para aumentar el tiempo medio de intervención por el reemplazo de los resortes.<hr/>Vibrating screens are critical machines in the mining industry. The screen movement is mainly defined by its inclination and vibration amplitude. A proper movement allows correct operation of the screen [1-2]. Available models cannot simulate motion with high angular displacement, as a startup, shutdown and under loss of stiffness in supporting positions, because these models linearize angular displacement [3-4]. In this article a 2D 3DOF nonlinear model is proposed, presenting its development, solution and numerical simulations. Simulations deliver how much the direction of each orbit and magnitude of the natural frequency change, with respect to the supports's stiffness. This makes it possible to evaluate the state of the springs to keep the design conditions to ensure high efficiency and detect changes required of them to increase the mean operation time for replacement of the springs. <![CDATA[<b>Análisis de variables significativas para la generación de un inventario de emisiones de fuentes móviles y su proyección</b>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500005&lng=es&nrm=iso&tlng=es La determinación de emisiones de fuentes móviles es compleja considerando que las fuentes se desplazan por el área de interés, bajo diferentes regímenes de operación y con diversas tecnologías. El presente trabajo de investigación analiza la información disponible en instituciones públicas de Chile con el objetivo de generar un inventario de emisiones representativo, actualizable y dinámico. Respecto al crecimiento del parque, el principal indicador es la tasa de motorización, la que al 2012 superó los 207 vehículos cada mil habitantes, lejos de tasas de países desarrollados, entre 400 y 600 vehículos cada mil habitantes, por lo que la tendencia de crecimiento del parque automotriz en Chile seguirá manteniéndose. Actualmente no existe en Chile una base oficial de factores de emisión de vehículos motorizados; sin embargo, el Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones realiza un control exhaustivo de la entrada de vehículos a través del Centro de Control y Certificación Vehicular (3CV). Este centro determina a través de mediciones directas las emisiones de cada uno de los modelos que entran al país confirmando que se cumplan los límites máximos de emisión establecidos por las normas. Como resultado de este trabajo se obtiene un inventario de emisiones de Fuentes Móviles con información local que permite proyectar emisiones, siendo un complemento a modelos tradicionales como MODEM. La proyección de emisiones al 2030 muestra una reducción de 76% para material particulado 2,5 micrones, una reducción de 53% en óxidos de nitrógeno y un aumento de 193% en dióxido de carbono en relación al 2008.<hr/>Determining emissions from mobile sources is complex considering that the sources travel through the area of interest under different operating regimes and with different technologies. This research analyzes the information available in public institutions in Chile with the aim of creating an inventory of representative, upgradeable and dynamic emissions. Regarding the growth of the fleet, the main indicator is the motorization rate, which by 2012 exceeded 207 vehicles per thousand inhabitants, far from rates in developed countries, between 400 and 600 vehicles per thousand inhabitants, so the growth trend of the automotive fleet in Chile will be maintained. Currently in Chile there isn't a formal basis for emission factors from motor vehicles, however, the Ministry of Transport and Communications regulates the entry of vehicles through the Vehicle Control and Certification Center (3CV). The center determined through direct measurement emissions of each of the models entering the country confirming that the emission standard established by the regulations is met. As a result of this work, an emissions inventory of Mobile Sources with local information for emissions projecting, as a complement to traditional models as MODEM was obtained. The projected emissions in 2030 shows a reduction of 76% for particulate matter 2.5 microns, a reduction of 53% in nitrogen oxides and an increase of 193% carbon dioxide in relation to 2008. <![CDATA[<strong>Caracterización experimental y modelación de una bomba de calor reversible para un vehículo eléctrico</strong>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500006&lng=es&nrm=iso&tlng=es El sistema de aire acondicionado y de calefacción en los automóviles se utiliza principalmente por motivos de seguridad para garantizar que el conductor esté concentrado y con buena visibilidad durante la conducción. Para la calefacción, en los vehículos convencionales, se cuenta con una energía térmica considerable y a una excelente temperatura, esto debido al calor disipado por el motor a combustión. Los vehículos eléctricos no cuentan con esta fuente de calor, por lo que se debe suplir por algún sistema auxiliar como resistencias eléctricas o una bomba de calor. En el estudio que se desarrolla en esta investigación se propone utilizar una bomba de calor para la calefacción del automóvil. El objetivo que se plantea en este estudio es validar experimentalmente un principio de calefacción para automóviles eléctricos basado en una de bomba de calor reversible y desarrollar un modelo de simulación para explorar su desempeño a diferentes condiciones de operación. La bomba de calor se logró ensayar a temperaturas de hasta -10 °C, obteniéndose COP superiores a 2,0 en todo el rango experimental. La modelación de la bomba de calor permite establecer que esta es capaz de funcionar en condiciones aceptables de hasta -10 °C, con un COP del orden de 1,48 y un calor transferido por el radiador de 4,1 kW, con un flujo de aire impulsado a la cabina a 45 °C, lo que permite mantenerla a temperaturas por sobre los 20 °C.<hr/>Automotive air conditioning and heating are mainly used for security, to facilitate driving and to guarantee a good visibility. In conventional vehicles, heating is provided by the cooling system of the internal combustion engine. Electric vehicles do not have this kind of heating source, thus heating must be provided by electric resistances or heat pumps. In this article this last technology is considered in this article as a heating system for vehicles. The aim of this study is to validate experimentally a proposed heating principle for vehicles based on a reversible heat pump and to develop and validate a semi-empirical model used to explore the heat pump performance under different working conditions. The heat pump is characterized at temperatures as low as -10 "C, by obtaining COPs higher than 2,0. The heat pump simulation shows that the heat pump gives a COP of 1,48 at an ambient temperature of -10 "C, by supplying 4,1 kW to the vehicle cabin at 45 "C and keeping a temperature over 20 "C at the vehicle cabin. <![CDATA[<b>Determinación de restricciones de capacidad de producción en proceso de obtención de cobre</b>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500007&lng=es&nrm=iso&tlng=es El trabajo consiste en un estudio de Simulación de Eventos Discretos (DES) para determinar las restricciones de capacidad de producción ("cuello de botella") en el proceso de conminución de mineral de cobre sulfurado en una planta minera en Chile y cómo estas restricciones cambian bajo distintos escenarios de operación. El modelo de simulación del proceso de conminución comprende las etapas de chancado, molienda SAG, primaria, secundaria, pebbles y de espesamiento. El objetivo principal de la investigación es determinar los equipos "cuellos de botella" en el proceso mediante un estudio DES que comprende la modelación de la planta y la experimentación de distintos escenarios de operación utilizando el Sw SIMIO®. La metodología del estudio de simulación sigue las etapas propuestas por Kelton y las recomendaciones presentes en la literatura. Para determinar las restricciones de capacidad ("cuellos de botella" principal, secundarios y cambiantes) se emplea el método de Utilización. Los resultados incluyen el modelo DES validado, alcanzando en la simulación de la variable principal de resultado, un error relativo de 0,66%, un error porcentual absoluto medio de 2,67% y una señal de seguimiento del error dentro de ± 3 DAM. Se determinaron los equipos "cuellos de botella" para la condición histórica de operación de la planta en 2014 y su comportamiento en los distintos escenarios de operación ensayados.<hr/>This work is a study of Discrete Event Simulation (DES) to determine the constraints of production capacity "bottleneck" in the process of comminution at a copper sulphide ore processing plant in Chile and how these restrictions change under different operating scenarios. Steps of crushing, grinding (primary, secondary and pebbles) and thickening tank are comprised in the simulation model of the process. The main objective of this research is to determine "bottlenecks" in the ore comminution process through a DES study that includes plant modeling and testing of different operating scenarios using the SIMIO® Sw. The phases proposed by Kelton and literature recommendations are followed by simulation study methodology. Utilization method is used to determine capacity constraints and "bottlenecks" (main, secondary, and changing). A validated model is achieved. The main outcome shows a relative error of 0.66%, a mean absolute percentage error of 2.67% and a tracking error signal within ± 3 DAM. Bottlenecks are identified for the historical performance of operation in the plant in 2014. The performance of the identified "bottlenecks" is tested under different operation scenarios. <![CDATA[<strong><i>Estudio de una válvula L a través de números adimensionales</i></strong>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500008&lng=es&nrm=iso&tlng=es L valve is a right angled, L shaped pipe applied to transfer solids between two vessels. This device uses gas injection and pipe geometry for controlling the flow of particulate solids. This kind of non-mechanical valve is used in processes such as pneumatic transport lines and circulating fluidized beds. This study aims to develop a new correlation to the solids mass flow rate through dimensional analysis, experimental data and equation fitting. An accurately way to estimate the flow of solids makes easier the design and control of the valve. This study is limited to the influence of L valve geometry, gas injection and particle properties. A test section was built, comprising two valve diameters (acrylic pipes of 34 and 70 mm). Glass beads were used as solids (Sauter diameter 0.8 mm, bulk density 1,580 kg/m³, group D of Geldart classification) and were conveyed by air. Dimensionless numbers were calculated (by Buckingham PI theorem) from the variables of the process, then an experimental program was done. Based on experimental data, π1, π2 and π3 values were calculated for each test. Mass flux is one variable of π1. Then a chart was created and a best fit equation was found based on π1, π2 and π3. Dimensionless numbers were replaced by their equations calculated by Buckingham PI Theorem and solids mass flux can be isolated.<hr/>Válvula L es un tubo en forma de L diseñado para manejar partículas sólidas entre dos reservorios. Este dispositivo utiliza la inyección de gas y su geometría para el control del flujo de sólidos. La aplicación de este tipo de válvula se da en procesos mecánicos que se utiliza para el transporte de partículas, como líneas de transporte neumático y lechos fluidizados circulantes. El objetivo de este trabajo es desarrollar una correlación con la tasa de flujo de masa por medio del análisis de números adimensionales y de datos experimentales. Este estudio considera solamente la influencia de la geometría de la válvula L, la inyección de gas y el cambio de las propiedades de las partículas. El Banco de pruebas ha sido diseñado con dos válvulasL de acrílico (34 y 70 mm de diámetro). Perlas de vidrio fueron utilizados (Sauter diámetro 0,8 mm, densidad efectiva 1.580 kg/m³, grupo D de la clasificación Geldart), y accionados por aire comprimido. Aplicando el teorema PI de Buckingham a las variables importantes del proceso, se obtuvieron tres números adimensionales. Después de una batería de pruebas, se calcularon π1, π2 y π3 para cada ensayo. El flujo de masa es una variable de π1. Entonces, se elaboró un gráfico y se descubrió la ecuación de la línea de tendencia para cada conjunto de datos trazados, en base a π1, π2 y π3. Números adimensionales fueron reemplazados por sus respectivas ecuaciones y se aisló el flujo de masa de sólidos. <![CDATA[<b>Metodología satelital litodinámica y escaneo de suelos para la verificación y/o identificación de nuevas fuentes de agua subterránea para uso de sistemas de agua potable rural</b>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500009&lng=es&nrm=iso&tlng=es Los métodos convencionales de identificación de nuevas fuentes de agua muestran bajos indicadores de certeza, menores al 50%, y en tiempos de escasez como los que vivimos, menores al 25%, por consiguiente se hace necesario acudir a una nueva generación tecnológica de metodologías de búsqueda de nuevas fuentes de aguas subterráneas. El proyecto propone básicamente identificar un territorio de la región, desarrollar una búsqueda satelital que indique rastros de trazas de movimientos tectónicos milenarios que permitan identificar zonas ideales para escurrimientos o depósitos de agua subterránea, las que posteriormente deben ser escaneadas. Se propone un escaneo satelital a zonas específicas en la región, desarrollar el análisis litodinámico que tendrá como resultado la definición de "líneas de escurrimiento", sobre estas líneas se procede al escaneo de suelos, para cada línea se desarrollará un perfil, en algunos casos, de hasta 200 metros de profundidad, donde será posible identificar fuentes posibles de agua, cada uno de estos puntos será georreferenciado en la superficie. Un plan de perforaciones debidamente documentado mediante la información generada en el proyecto permitirá acceder a estas fuentes de agua detectadas. Un análisis paralelo a los elementos jurídicos del problema podrá permitir la inversión pública de los organismos correspondientes a nivel nacional, por consiguiente, el éxito del proyecto tendrá un enorme impacto social y económico, no solo en la región sino que en todo el país, se ha de tener presente que más del 15% de la población nacional es abastecida de agua potable por sistemas de APRs.<hr/>The conventional detection methods of new water sources are the named "hidrologycal studies", which display low indicators of certainty, below 50%, and in times of shortage like the one we currently experiencing, are below 25%. Therefore it's necessary to resort towards a new technological generation for new groundwater sources detection methodologies. This project proposes basically to recognize a territory inside the region, display a satelital search which signals for trails of traces of ancient tectonic movements that enable to identify ideal areas for runoffs or groundwater reservoirs, which should be scanned later. A satellite scanning intended to specific areas of the region, develop the lithodynamic analysis which will have as result the "runoff lines" definition, on these lines we will proceed to scan the grounds, for each line we'll develop a profile, in some cases up to 200 meters deep, where it will be posible to identify potential water sources, each of these points will be geo-referenced on the surface. A drilling plan properly documented through the information generated across the venture, will enable to access these detected water sources. A parallel analysis to legal elements of the problem will may allow the public investment by corresponding bodies at a national level, accordingly, the project success will have a huge impact both social and economic, not only in the region but throughout the country, it must be remember that more 15% of the national population is supplied with drinking water through APRs systems. <![CDATA[<strong>Innovación en el deshidratado solar</strong>]]> http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-33052016000500010&lng=es&nrm=iso&tlng=es Como parte de la caracterización del estado del arte del deshidratado solar, se consultó el patentamiento de tecnologías similares en el mundo, centrándose la búsqueda en EE.UU. (USPTO), Unión Europea y resto del mundo, con términos "deshidratador (dehydrator)", "solar (solar)", "secador de alimentos (food dryer)" y "secador solar (solar dryer)". Se presentan aquí las innovaciones orientadas al deshidratado de productos que funcionen en base a la circulación de aire caliente solar que previamente hayan circulado por cámara que hacen las veces de paredes para enviar este aire al interior donde se ubica el producto a deshidratar. El desarrollo tecnológico está orientado a apoyar el deshidratado de la pequeña o mediana producción. Para procesos industriales por sobre las tres toneladas de secado o deshidratado diario, se implementó un "techo solar activo" que modifica la cubierta de galpones industriales incorporándole un doble techo de policarbonato logrando con ello precalentar el aire con energía solar, disminuyendo entre 50 a 100% el uso de gas utilizado en este proceso. Los recientes desarrollos se enfocaron a diseñar deshidratadores solares para producción menor a 1.000 kg diarios. Para ello se diseñó un contenedor deshidratador solar factible de ser utilizado con diversos productos agrícolas, compacto, modular, móvil, en tanto para los pequeños emprendedores, con una producción diaria de unos 30 kg, se diseñó un deshidratador solar compacto con apoyo fotovoltaico para funcionamiento sin red. Se dispone de experiencias en terreno y en laboratorio con uva, durazno, nueces, manzana, tomate y naranja. Se ha logrado un evidente impacto en la calidad final del producto. Con este equipamiento se abren nuevas opciones de emprendimiento, reducción de mermas y exportación con sello verde.<hr/>As part of the characterization of the state of the art solar dryer, the patenting of similar technologies in the world was consulted, focusing the search on US & European Patent Offices and elsewhere, with terms "solar dehydrator", "solar food dryer" and "solar dryer". This work is oriented toward innovations of dehydrated products by means of supplying solar hot air previously circulated through walls to send this air into the product to dehydrate. Technological development was oriented towards solar drying for medium or small production. For industrial processes above 3 tonnes of daily dried product an "active solar roof" was implemented. This modifies the roof of industrial building -incorporating a double plate of polycarbonate, that allows a solar air heating, allowing a reduction between 50% to 100% in fuel consumption used in this process. Other innovations are focused on solar dehydrators for daily production less than 1000 kg. A solar dehydrator container was designed to be used with various agricultural products, with special characteristics like integrated, modular and transportable design. For the small entrepreneurs, with a daily production of about 30 kg, a compact solar dehydrator was designed including a photovoltaic unit as energy supply for independent operation. Practical experiences with grapes, peaches, walnuts, apple, tomatoes and orange were carried on. As a result of this an evident impact on the final quality of the product was achieved. With this equipment new options of entrepreneurship, reducing wastage and exportation are now possible.