núm. 100 (2021): revista facultad de ingeniería (jul-sep 2021)

El uso de implantes modulares de cadera ha permitido el uso de diferentes materiales en un solo dispositivo, un mejor ajuste a la anatomía del paciente y, ha facilitado los procedimientos de revisión. Sin embargo, dicha modularidad crea nuevas interfaces que pueden sufrir degradación por mecanismos triboquímicos como fretting – corrosión, por las condiciones mecánicas, químicas y electroquímicas propias del cuerpo. Actualmente, dichas condiciones no son completamente claras, ni la interacción ellas. Este trabajo se centra en el análisis de la degradación de implantes mono-polares de cadera elaborados en aleaciones biomédicas: acero inoxidable (SS), aleaciones de Ti y CoCr, en los que se analiza el nivel de degradación a lo largo de la longitud del cono femoral. El cono femoral de titanio mostró una deformación más significativa de la zona distal que causa un bloqueo entre las partes modulares, comparado con la misma zona de partes fabricadas en SS y aleaciones cobalto-cromo. Por otra parte, partículas de desgaste fueron encontradas en la parte proximal, lo que sugiere que esta es una zona bajo mayor movimiento. En el cono femoral de CoCr pudo observarse una gran cantidad de material orgánico dentro del contacto. Lo anterior pudo ser causado por un ajuste deficiente inferido por la baja deformación en los filetes de la zona distal, lo que probablemente promovió que más material entrara y saliera del contacto.

Las celdas solares de Perovskita han atraído la atención de la comunidad científica en los últimos años debido a los avances significativos en su eficiencia. Sin embargo, su estabilidad es todavía un problema que limita el avance de esta tecnología. En este trabajo se presenta la fabricación y caracterización de pervoskitas bidimiensionales pertenecientes a la familia Ruddlesden-Poppery (A)2(MA)n−1PbnI3n+1 (se estudiaron 3 cationes grandes en la posición A: n-propilamonio, t-Butilamonio o Bencilamonio). La modulación de estos cationes que promueven la formación de una estructura bidimensional, generó un incremento en el bandgap de los materiales, así como una mejora en su estabilidad térmica y a la humedad. Aunque naturalmente la introducción de estos cationes genera una disminución en las propiedades de transporte, reduciendo la corriente de los dispositivos, se lograron obtener dispositivos con eficiencias de 10,35% para (BUA)2(MA)2Pb3I10, que, presentando una estabilidad mejorada, lograron retener el 68% de valor inicial luego de 1700h sin encapsulamiento.

El norte de Suramérica es una de las regiones más vulnerables ante cambio climático. Los Modelos de Circulación General (MCG) son las herramientas más empleadas para identificar los posibles impactos del cambio climático. Los MCG proveen información útil, aunque presentan sesgos sistemáticos, principalmente en zonas de topografía compleja. Se evalúa la habilidad de los modelos de la quinta y sexta fase del Proyecto de Comparación de Modelos Acoplados (CMIP) para representar el ciclo anual de precipitación y temperatura superficial del aire en Colombia.  Se consideran diferentes bases de datos, incluyendo estaciones in situ del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM). Los modelos de última generación (CMIP6) mejoran su desempeño con respecto a los modelos de la generación anterior (CMIP5), aunque siguen presentando sesgos sistemáticos como dificultades para representar la Zona de Convergencia Intertropical y procesos que dependen de la elevación, fundamentales para el comportamiento intra-anual de la precipitación y la temperatura en Colombia.  Los modelos CMIP6 presentan mayores sesgos simulando la temperatura sobre los Andes Colombianos que los modelos CMIP5.  Las proyecciones climáticas para finales del siglo XXI considerando los escenarios de mayores emisiones de gases de efecto invernadero sugieren condiciones futuras más cálidas y cambios mixtos de precipitación en Colombia, con reducciones de precipitación en el Orinoco y el Amazonas Colombiano en septiembre-noviembre, e incrementos en el este del Pacífico ecuatorial durante todo el año.

En este trabajo presentamos la aplicación de diversas herramientas de Investigación de Operaciones en educación superior a través de tres casos de estudio desarrollados en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Antioquia. Estos casos se enfocan en la planeación de la capacidad, la distribución de los recursos y la medición del desempeño, respectivamente. En el primer caso, usamos dinámica de sistemas para modelar y predecir el flujo de los estudiantes a lo largo del nuevo currículo del programa de Ingeniería Industrial y modelamos algebraicamente las tasas de deserción de los estudiantes, obteniendo el número de grupos necesarios para los cursos del currículo y la cantidad de profesores necesarios para apoyar la oferta académica. El segundo caso es la aplicación de un modelo de cobertura de cursos para el nuevo currículo, considerando las preferencias y capacidades de los profesores vinculados al departamento de Ingeniería Industrial en un modelo de programación lineal entera y cuyos resultados fueron la cantidad de cursos no cubiertos por área académica. Finalmente, el tercer caso presenta una herramienta basada en Análisis Envolvente de Datos que es usada actualmente para evaluar y clasificar a los profesores de la Facultad de Ingeniería de acuerdo con su desempeño docente. Los casos de estudio presentados en este trabajo muestran la utilidad de las herramientas de Investigación de Operaciones para racionalizar la toma de decisiones en instituciones de educación superior.

Este trabajo aborda una metodología para determinar el factor de concentración (FC) exacto para un concentrador solar parabólico (CSP) utilizando cámara termográfica.  El valor del FR se da comúnmente en términos del área del receptor y no en términos del área de la imagen producida por el concentrador en la superficie del receptor. Con el análisis termográfico es posible conocer la imagen real generada por el CSP sobre el receptor, lo que ayuda a tener un cálculo preciso del FC. Es importante disponer de metodologías para medir el FC real no sólo en la fabricación sino también en el mantenimiento de los concentradores solares, ya que su cálculo erróneo puede provocar disminuciones en la eficiencia energética o afectar a su vida útil. En los experimentos, la imagen real sobre el receptor se dividió en 4 regiones, estratificadas con igual diferencia de temperatura cada una. Con esta consideración, el FC varió de 20 a 151. Por otro lado, se calculó la eficiencia energética para completar el análisis. Dado que el calentamiento es un proceso no estacionario, la eficiencia térmica fluctuó durante el tiempo de experimentación, obteniendo un pico de 25% y un valor promedio del 15,3%. Las irregularidades de curvatura en los concentradores deterioran significativamente la uniformidad del flujo de radiación y la eficiencia energética debido a las zonas de concentración no utilizadas.

El despliegue de infraestructuras relacionadas con el concepto Smart Grid trae consigo la introducción de las redes de comunicaciones de datos en la operación de los sistemas de la red de energía (control, comunicación y monitoreo). De esta manera, se espera facilitar y mejorar la eficiencia de las tareas relacionadas con la generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica. Al mismo tiempo, la gestión de las redes de comunicación está siendo permeada por nuevas tecnologías como las redes definidas por software (SDN) y la virtualización de red, que promueven la automatización y la innovación de las redes de comunicación tratando de superar los problemas de falta de flexibilidad y las dificultades para evolucionar en las redes de comunicación actuales. En este contexto, este documento propone una reconceptualización de la arquitectura de la red de comunicaciones de subestaciones de energía basada en el estándar IEC 61850. La arquitectura propuesta, Smart Solution for Substation Networks (S3N), permite modelar la futura red de comunicaciones de subestaciones de energía aprovechando los beneficios introducidos por SDN y las tecnologías de virtualización. Además, con el fin de proporcionar una mejor comprensión de los desafíos que surgen en esta área, y generar un nuevo interés de investigación en este campo, se presenta una revisión de varios estudios orientados a determinar la viabilidad de incorporar SDN como elemento clave para mejorar la gestión y operación de la red de comunicaciones en subestaciones de energía.

La resistencia a la corrosión por picado del acero inoxidable súper dúplex UNS S-32760 en una solución sintética de NaOH y Na2 S a diferentes temperaturas de trabajo 25°, 50° y 70°C fue estudiada en la presente investigación, con el propósito de evaluar el comportamiento de la aleación en ambientes cáusticos utilizados en la industria de la pulpa y el papel. Se utilizó la técnica electroquímica de Polarización Potenciodinámica Cíclica (PPC) acorde a ASTM G61 para estudiar el efecto de la temperatura en los potenciales de picado (Ep) y repasivación (Erp). Los resultados mostraron, que al incrementar la temperatura la aleación es más susceptible a la corrosión por picado, ya que tanto los potenciales de picado como los potenciales de repasivación tienden a valores más negativos y la zona de repasivación se reduce. Por otro lado, se realizó una caracterización utilizando Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) para determinar la morfología de las picaduras encontradas. El mecanismo de corrosión por picado para el acero inoxidable súper dúplex en las condiciones expuestas, se atribuye al ion tiosulfato ser el encargado de iniciar la corrosión localizada.

Con un enfoque especial, hemos preparado este número 100 de nuestra revista, considerando que este momento es propicio para rendir homenaje a quienes lo han hecho posible...

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La oleorresina es obtenida mediante la extracción de los árboles de pino o como un subproducto del proceso Kraft para la obtención de papel. Su bajo costo de producción la convierte en un buen candidato para ser materia prima en la obtención de biocombustibles. La oleorresina está compuesta por colofonia (alrededor del 80%, que es una mezcla de isómeros del ácido abiético), la cual no puede usarse directamente en motores de combustión.  Por su parte, los ésteres de colofonia poseen menor temperatura de ebullición y fusión, además de alta solubilidad en hidrocarburos. La metil-esterificación de colofonia fue evaluada sobre catalizadores ácidos y básicos, y en presencia de varios solventes. A diferencia de los catalizadores ácidos, los básicos mostraron actividad en la reacción. Particularmente, un material cálcico de bajo costo mostró el mejor desempeño con una conversión de 55% y selectividad completa hacia los metil-ésteres cargado a 40% en peso respecto a la colofonia, a condiciones suaves de reacción (presión atmosférica, 64 °C y 3,5 horas) y sin presencia de solvente. Se encontró que las fases principales del material cálcico fueron el carbonato e hidróxido de calcio, sugiriendo que la fuerza de los sitios básicos juega un papel importante en la reacción. Este material cálcico fue usado en cinco ciclos de reacción, obteniendo una reducción significativa de su actividad en la reacción, atribuida a una posible lixiviación de algunas fases del catalizador.

El objetivo del presente estudio fue crear un modelo específico de la mano para simular la rehabilitación pasiva en el dedo índice, cuantificando la excursión y la tensión experimentada del tendón flexor profundo (FP). El modelo computacional utilizado se creó a partir de un conjunto de datos disponibles en la biblioteca de Embodi3d. La segmentación, la reconstrucción tridimensional y el modelado de las estructuras se realizaron utilizando Materialise Mimics y Rhino3D. La excursión y los valores de tensión presentes en el modelo se calcularon en ANSYS. El tendón FP presenta una excursión de 10,1 mm durante la flexión postoperatoria pasiva. Los valores de tensión más altos se observaron entre las superficies de contacto entre las poleas y el tendón. En particular, la polea A1 exhibió la tensión principal máxima del modelo con 58,7 MPa. La polea A3 mostró el mismo patrón de distribución de tensiones que la polea A1, pero con los valores más bajos. La excursión del tendón obtenida es consistente con los resultados reportados en literatura que varían de 8 a 11 mm. Los valores de tensión encontrados explican la importancia del mecanismo de poleas que mantiene el tendón FP unido al hueso durante el rango de movimiento experimentado.  El modelo propuesto puede potencialmente utilizarse en la evaluación de nuevas propuestas de dispositivos médicos en el campo de la cirugía reconstructiva de la mano.

En esta investigación se realizó un análisis numérico del efecto del grado de incidencia del quemador en la trasferencia de calor de un horno de fusión de fritas a escala industrial, el cual emplea un quemador de oxicombustión de gas natural de llama plana. Se evaluó el rendimiento térmico del horno prediciendo las distribuciones de temperatura, la recirculación de los gases de combustión y el flujo de calor hacia la carga, con configuraciones geométricas del quemador a 0°, 3,5°, 7°con respecto a la horizontal. Las simulaciones fueron llevadas a cabo utilizando el software ANSYS® Fluent. Se utilizó el modelo SFM , el modelo k-epsilon realizable y el modelo de ordenadas discretas para simular la combustión, la turbulencia y la radiación, respectivamente. Se empleó modelo WSGGM para el coeficiente de absorción de las especies de combustión. Se observó que la temperatura del horno estimada a través de las simulaciones es similar a la determinada en el proceso real. Adicionalmente, las simulaciones mostraron que para el ángulo de 7°, la llama choca contra la frita, lo cual podría generar deposición de partículas de frita en las paredes internas del horno, afectando la emisividad del material refractario. El ángulo de 3,5 grados mostró una mejor distribución de uniformidad del flujo de calor hacia la frita y de la taza de recirculación en comparación con el quemador ubicado a 0° y 7°.