Este documento presenta un proyecto multidisciplinario que utiliza la impresión 3D y el desarrollo de prototipos para mejorar la enseñanza basada en competencias para estudiantes de ingeniería. El proyecto busca reducir la brecha entre la formación académica y las necesidades del mercado laboral mediante el desarrollo de habilidades prácticas como el diseño mecánico. Se describe cómo el proyecto ha contribuido a que los estudiantes adquieran competencias a través de experiencias significativas durante su desarrol

1. Organizado por
Congreso Internacional
de Ingeniería Mecánica,
Mecatrónica y Automatización
IX Congreso internacional de Ingeniería Mecánica
y Mecatrónica y VII Congreso Internacional
de Ingeniería Mecatrónica y Automatización 2019
Memorias
IX
VII

2. © Universidad Nacional de Colombia, Departamento de Ingeniería
Mecánica y Mecatrónica
ISSN: 2665-5934
Primera edición: agosto de 2019
Diseño y diagramación: Imprenta Universidad Nacional de Colombia
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educativos u otros fines no comerciales, siempre que se cite la fuente.

3. TABLA DE CONTENIDO
1. Prototipado rápido por impresión 3d y enseñanza por competencias……………….…………………... 5
2. Preparación para obtener la respuesta dinámica de un cubesat …………………….……………………... 6
3. Animatrónica y control …………………………………………………………………………………………….….…….. 7
4. Caracterización experimental de una turbina hidráulica tipo turgo para picogeneración …..….. 8
5. Valoración energética de hojarasca residual del campus de la universidad de Antioquia
mediante gasificación …………………………………………………..…………………………………………….……. 10
6. Diseño de rampa para embarcar animales en pie ……………………………………………………………..…. 11
7. Estudio del comportamiento dinámico de un mecanismo planar 2r con componentes elásticos
en las articulaciones ……………………………………………………………………………………………….…….….. 12
8. Diseño de un sistema automático para el reconocimiento de figuras planas utilizando una red
neuronal convolucional – alexnet ……………………………………………………………………………...….….. 14
9. Evaluación de la resistencia a la corrosión de una fundición nodular recubierta por proyección
térmica ……………………………………………………………………………………………………………………..…….. 15
10. Descomposición empírica en modos y transformada wavelet aplicada al análisis de señales EEG:
estudio comparativo ………………………………………… ……………………………………………………….…… 16
11. Diseño e implementación de un semillero con automatización de las operaciones de siembra y
riego ……………………………………………………………………………… …………………………………………..…... 17
12. Modelado dinámico de un sistema de suspensión tipo “Mcpherson” en un vehículo
Chevy…………………………………………………………………………………………………………………………..….. 18
13. Propuesta metodológica para incentivar la investigación en la enseñanza de la ingeniería …
………………………………………………………………………………………………………………………………………... 19
14. Desarrollo de parámetros para manufactura aditiva por soldadura por fricción-agitación
..………………………………………………………………………………………………………………………………………. 20
15. Acoplamiento de métodos de multifísica para simular el proceso de soldadura por fricción y
agitación ……………………………………………………………………………………………………………………….…. 21
16. Diseño de un sistema de control avanzado para la regulación simultánea de la orientación y la
posición de un quadrotor …………………………………………………………….………………………………..….. 22
17. Caracterización de actuadores en un modelo matemático de un robot bípedo con equilibrio
dinámico …………………………………………………………………………………………………………………………. 23
18. Control de posición utilizando técnicas de inteligencia artificial ……………………………………….. 24
19. Determinación del flujo de entrada de granos y el flujo de aire a través de simulaciones
numéricas …………………………………………………………………………………………………………………….….. 25
20. Diseño estructural de un alerón trasero en material compuesto para un vehículo de competición
tc2000 ……………………………………………………………………………………………………….……………………. 28
21. Algoritmo de asignación de trayectorias para el posicionamiento de sistemas multiagente (SMA)
………………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
22. Desarrollo de un mecanismo rocker bogie para asistir en movilidad a personas con discapacidad
visual ………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
23. Aplicación móvil de realidad aumentada para entrenamiento en mantenimiento ……………….. 31
24. Simulación de un proceso de clasificación en celda de manufactura colaborativa con ros …… 32
25. Prueba de materiales para la fabricación de rodillos de caucho triturado …………………………… 34
26. Desarrollo de impresora 3d de gran formato ……………………………………………………………………… 35
27. E-eye para evaluar el color del café tostado y su relación con las propiedades organolépticas
………………………………………………………………………………………………………………………………………… 37
28. simulación mediante elementos finitos de una carrocería de bus en regimen estático según la
resolución r66 ………………………………………………………………………………………………………………….. 38
29. Designing a handling tool for human-robot interaction in a collaborative environment ……… 39
30. Reciclaje de virutas de titanio por medio de shs para obtener carburo de titanio ……………….. 40

4. 31. Caracterización del pla por fff en sus propiedades mecánicas y estructural en degradación de
rayos uv …………………………………………………………………………………………………………………………… 41
32. Sistema multi-agente de robots móviles para entornos industriales estructurados ……….…….. 42
33. Análisis de la geometría de la viruta en el maquinado en seco de la aleción de aluminio alumold
500 t651 ……………………………………………………………………………………………………..…………………… 43
34. Modelamiento matemático de un catamarán con hydrofoils ………………………………………………. 44
35. Evaluación de las propiedades mecánicas en juntas soldadas por fricción agitación de aleación
de aluminio aa5052-h32 …………………………………………………………………………………..………………. 45
36. Comportamiento mecánico de bi-cristales de aluminio con nano-fisuras sujetos a tensión
uniaxial ……………………………………………………………………………………………………………..…………….. 47
37. Estudio del cambio microestructural y del comportamiento mecánico de una aleación wc-co
sinterizada a diferentes temperaturas …………………………………………………………………..…………… 48
38. Identification and control of nonlinear dynamical systems using intelligent control .…………. 49
39. Sistema de separación de metales ferrosos y no ferrosos ………………………………………….……….. 50
40. Sistema de identificación y clasificación de dientes acrílicos por visión artificial ………..…….… 51
41. Optimización de los álabes de una turbina hidrocinética para la generación eléctrica en las zonas
ribereñas el rio Sinu por medio de CFD ………………………………………………………..….……………….. 52
42. Caracterización experimental del nylon ante los fenómenos de erosión/corrosión/cavitación
para la fabricación de álabes de turbinas hidrocinéticas ……………………………….………….…………. 53
43. Estudio del comportamiento biomecánico mediante simulación computacional de la epífisis
femoral en niños de 6 años afectada por necrosis a vascular ………………………….…………………… 55
44. Comportamiento biomecánico de la unidad dentoalveolar (uda) con condición de enanismo
radicular en un incisivo central bajo un tratamiento ortodóntico: simulación 3d mediante
elementos finitos ……………………………………………………………….…………………………………………..… 57
45. Potencial energético de los residuos sólidos en Colombia …………………………………………………… 59
46. Obtención y caracterización mecánica de compuesto: filamentos de plátano y guadua con matriz
poliéster ……………………………………………………………………………………………………………………….…. 61
47. Modelación del comportamiento micro mecánico de un acero de fase dual por medio de
elementos finitos …………………………………………………………………………………………………..…………. 62
48. Influencia del tiempo de tratamiento isotérmico en la microestructura de un acero con
contenido de silicio cercano al 1,5% y deformado plásticamente al 50% ……………………..………. 64
49. Análisis y simulación dinámica de la reacción de armadura en máquinas de corriente continua
………………………………………………………………………………………………………………………………………….65
50. Modelamiento de una turbina darrieus tipo h con overset mesh …………………………………..……. 66
51. Control clásico vs control difuso para la velocidad de desplazamiento y dirección de un robot
agrícola …………………………………………………………………………………………………………………………… 67
52. Equipo semi automático vartm para la fabricación de compuestos laminados GFRP ………….. 68
53. Evaluación numérica de dos diseños de rotores para una turbina de vórtice gravitacional de
tanque cónico ……………………………………………………………………………………………………………….…. 69
54. Análisis experimental del ariete hidráulico en función del volumen del acumulador y la
constante elástica del resorte …………………………………………………………………………….……………… 70
55. Investigación numérica de una bomba operando como turbina …………………………………..……… 71
56. Validación computacional de una TEE con refuerzo tipo cuello de monja para una central
hidroeléctrica ………………………………………………….……………………………………………………….………. 72
57. Mini celda industrial robotizada …………………………………………………………………………………….…. 73
58. Análisis de vibraciones mecánicas en el chasis de un autobús público ………………………………... 74
59. Caracterización de la alimentación de diferentes biomasas residuales a un reactor de lecho
fluidizado …………………………………………………………………………………………………………………….….. 75
60. Efectos de los rasgos característicos de una guía de filamento para fusor para impresora 3D
………………………………………………………………………………………..………………………………………………. 76

5. 61. Daño dúctil en aceros inoxidables mediante técnicas de indentación mecánica ………………….. 77
62. Implementación de un tribómetro electrohidráulico …………………………………………………………. 78
63. Comparación energética de un colector solar de placa absorsora en aluminio y cobre ………… 79
64. Análisis dinámico y comparativo de la holgura seca en juntas para un sistema plano multicuerpo
.………………………………….……………………………………………………….…………………………………………... 81
65. Aumento de la tenacidad de un acero aisi 1020 mediante tratamiento térmico …………….……. 83
66. Análisis por xps de la intercapa de tisi sobre acero aisi 316l para películas de diamante tipo
carbono, DLC. ………………………………………………………….………………………………………………………. 84
67. Estudio de juntas soldadas mediante soldadura tig en láminas de aceros twip …………………… 85
68. Detección y diagnóstico de fallas en válvulas de sistemas térmicos …………………………….……… 87
69. Estudio paramétrico de las condiciones de operación y geometría de un eyector de mezclado.
……………………………………………………….……………………………………………………….………………………. 88
70. Desarrollo de medidas cuantitativas basadas en teoría de juegos a partir de la comunicación de
grupos de trabajo ……………………………………………………….……..………………………………………..…… 89
71. Influencia del NB y MO en la resistencia al desgaste en fundiciones de hierro blanco …...…… 90
72. Efecto de los factores de diseño en el cálculo de sistemas de llenado y alimentación sobre la
calidad de componentes fundidos en arena ………………………………………………………………………. 91
73. Modelamiento de micro-maquinado y parametrización de trayectorias para probetas de forma
libre ……………………………………………………….……………………………………………………………………..… 93
74. Diseño y construcción de un prototipo experimental de exoesqueleto para miembro inferior
…………………………………………………………………………………………..……………………………………………. 94
75. Propuesta de plataforma robótica para emular los movimientos de un equino en terapia asistida
ecuestre ………………………………………………….……………………………………………………………………….. 95
76. Diseño, manufactura y puesta a punto de vehículos para el Shell Eco Marathons ………………. 96
77. Influencia de parámetros geométricos dinámicos en procesos de maquinado multiejes ……... 97
78. Diseño y simulación de un controlador LQR y un estimador no lineal de estado para un vehículo
aéreo no tripulado …………………………………………………………………………………………………………. 100
79. Estudio de las propiedades mecánicas de películas de DLC sobre aceros de herramientas e
inoxidable ……………………………………………………………………………………………………………………… 101
80. Influencia del Q&P e isotérmico en la resistencia a la tensión y al impacto en un acero de mn
superior a 1% ……………………………………………………………………..…………………………………………… 102
81. Optimización máquina FDM UNAL …………………………………………………………….…………………… 103
82. Caracterización de la rugosidad superficial 3d mediante métodos ópticos ……………………….. 105
83. Caracterización de propiedades térmicas y acústicas de la medula del arboloco (Montanoa
Quadrangularis) ……………………………………………………………………………………………………………… 107
84. Caracterización opto electrónica de celda fotovoltaica utilizando GPVDM ………………………… 109
85. Fortalecimiento de habilidades blandas en ingeniería mecatrónica a través de herramientas
lúdicas ………………………………………………………………..…………………………………………………………. 111
86. Validación numérica de modelo cuasi 2D para turbina de flujo cruzado tipo Michell-Banki …112
87. Memorias Conferencias Magistrales ……………………………………………………………………………….. 113
88. Comportamiento al desgaste de hierros blancos alto-cromo …………………………………….………. 114
89. Manufactura aditiva usando residuos solidos ………………………………………………………….………. 115
90. Modelo matemático para describir la respuesta transitoria no lineal de rotores fisurados … 116
91. Energía a partir de residuos: aspectos tecnológicos, económicos y ambientales en el contexto
colombiano ……………………………………………………………………………………………………………………. 117
92. Virtual/digital material representation concept in application to metals engineering ..………. 118
93. Aprendizaje basado en problemas en ingeniería: principios, experiencias y oportunidades
……………………………………………………………………………………………………………………………………… 119
94. Determinación de factores de emisión de vehículos y motos medidos localmente en el Valle de
Aburrá ..…………………………………………………………………………………………………………………………. 120

6. PROTOTIPADO RÁPIDO POR IMPRESIÓN 3D Y ENSEÑANZA POR
COMPETENCIAS
Filiberto Candia (1), Claudia Santacruz (2), Francisco Caltitla (3)
1. Facultad de Ingeniería BUAP, México; 2. Facultad de Ingeniería Química, BUAP, México;
3. Facultad de Ingeniería BUAP, México.
Núcleo Temático: Desarrollos Tecnológicos e Innovaciones Industriales
Introducción
Lograr una educación basada en competencias
requiere de experiencias que sean significativas en el
desarrollo del perfil de egreso de los estudiantes de
ingeniería. Por ello el objetivo es presentar un proyecto
multidisciplinario que contribuya a reducir la brecha
laboral-profesional. El cual durante el desarrollo se ha
considerado de gran apoyo para que los estudiantes de
ingeniería adquieran la competencia del diseño
mecánico. Entonces este trabajo presenta el proceso de
apropiación de la competencia en estudiante de
ingeniería, el cual inicia a partir de una idea generada
ante una necesidad (fabricación de dispositivos para
productos orgánicos o artesanales sin demanda de
energía eléctrica), que favorecen el desarrollo de
cadenas de valor endógenas en zonas urbanas o rurales
(figura 2). Posteriormente el diseño digital en CAD, el
proceso de fabricación en CAM y la validación de
funcionalidad por CAE. Para en los resultados obtener
la fabricación del prototipo por técnicas de prototipado
rápido en impresión 3D.
Figura 2.- Flujo de una nueva cadena de valor, para
el agricultor (desarrollo propio).
Métodos
Se empleo la “Guía técnica para la integración de
grupos técnicos, desarrollo de mapas funcionales,
desarrollo de estándares de competencia y elaboración
de instrumentos de evaluación de competencia
[CONOCER, 2016]. Con referencia en un marco
teórico- conceptual, sobre enseñanza en competencias
[de Miguel, 2006] y una adaptación (cuadro 1) del
formato de secuencia didáctica para la enseñanza por
competencias desde el enfoque socioformativo
[Tobón, 2010].
Resultados
Es una secuencia didáctica que tiene como principal
evidencia el diseño de un dispositivo mecánico sin uso
de la energía eléctrica que permite el desarrollo de
cadenas de valor endógenas (Cuadro 1). El cual
permitió el desarrollo virtual de un compactador de
masa alimenticia con empleo de las tecnologías
CAD/CAM/CAE y la fabricación de su prototipo por
impresión 3D (figura 4).
Cuadro 1: Formato de secuencia didáctica.
Discusión
Con respecto a la evaluación del grado de dominio de
la competencia esta se verifica mediante una rúbrica,
que se desarrolla a partir del planteamiento mostrado
en la figura 3. La cual, valida el desempeño obtenido
mediante todo el proceso de fabricación, no solo la
calidad del producto final.
Figura 3: Diseño de la rúbrica de evaluación.
Figura 4: Evidencia de diseño mecánico.
Conclusiones
Los logros alcanzados permiten aseverar que al
solucionar problemáticas de dispositivos sin uso de
energía eléctrica para la producción orgánica o
artesanal por medio de la tecnología CAD/CAM/CAE
y el prototipado rápido por impresión 3D es posible
adquirir la competencia de diseño mecánico en los
estudiantes de ingeniería.
Referencias
CONOCER, Guía técnica para el desarrollo de
proyectos de estándares de competencia (EC), 2016.
De Miguel, et al, Modalidades de enseñanza centradas
en el desarrollo de competencias, 2006.
Tobón, et al, Secuencia didácticas, 2010.
Problemática relacionada a una cadena
productiva orgánica/artesanal
Caracterización del diseño
Representación gráfica
Insumos
Redacción en formato:
o GENERALES
 Marco teórico
o ACTIVIDADES
 Iniciales
 Desarrollo
 Finales
o EVALUACIÓN MEDIA
 Conceptual
 Pragmática
o BIBLIOGRAFÍA
Rúbrica
Anexos
5

7. PREPARACIÓN PARA OBTENER LA RESPUESTA DINÁMICA DE UN
CUBESAT
Gabriel Medel (1), Filiberto Candia (2), Héctor Vargas (3)
1. Facultad de Ingeniería BUAP, México; 2. Facultad de Ingeniería BUAP, México;
3. Facultad de electrónica UPAEP, México.
Núcleo Temático: Desarrollos Tecnológicos e Innovaciones Industriales
Introducción
La preparación para realizar un análisis de respuesta
dinámica por medio de software especializado basado
en el método del elemento finito (MEF). Es una tarea
que, aunque metódica y sistemática necesita de una
guía precisa y de un personal altamente especializado
en el tema. Poder realizar esta tarea desde la
licenciatura es una oportunidad de gran valía para los
noveles investigadores que se encuentran interesados
en el área aeroespacial. El objetivo de este trabajo es
proporcionar con suficiencia los estándares mínimos
para realizar el análisis de la respuesta dinámica a un
CubeSat. El desarrollo se ha centrado en la preparación
del modelo digital de elemento finito (malla, material,
restricciones y fuerza), antes de iniciar la simulación.
Los resultados se reportan favorables hacia la
optimización del tiempo de solución, recursos de
por lo cual se consideró no realizar los detalles con
medidas por debajo de los 2mm. El trabajo se
desarrolló en la versión Siemens NX 12.0.0.27 2017.
Se comenzó validando los modelos de elemento finito
con un análisis de modos de vibración libre a los
modelos 2D Simplificado, 3D Simplificado y 3D
Complejo, para determinar si en efecto, el empleo de
los detalles proporcionados por el modelo 3D
complejo, como, volumen sólido, conexiones tipo
perno, contacto superficie con superficie y una masa
muy aproximada a la real beneficiaría en los resultados
preliminares de frecuencias
Discusión
Los tres modelos se validaron correctamente con la
prueba de modos de cuerpo rígido, los tres presentaron
seis frecuencias naturales por debajo de 1Hz (tabla 1).
cómputo y aproximación a los resultados
experimentales. Se concluye que el tiempo dedicado a
la preparación del modelo reditúa en un beneficio
directo a la optimización de los recursos de cómputo y
aproximación de los resultados a los indicadores
requeridos por los estándares para los CubeSat
[NASA, 2013].
Métodos
Se emplea la simulación digital por medio de las
herramientas CAD/CAE [Goncharov, et al, 2014] con
el apoyo de la técnica de la ingeniería inversa, para
optimizar las geometrías de modelos existentes en la
internet [Pumkin Inc., 2013] como el IGES al
importarlo al software NX. Este tipo de archivo es
representado por un conjunto de geometrías
polinomiales que incluyen superficies, líneas e
intersecciones, por lo cual fue necesario redibujar el
modelo. Por lo tanto, con el formato IGES disponible
fue posible la obtención de planos, con la información
suficiente para redibujar la estructura principal
esquelética del satélite y posteriormente su modelo de
elemento finito (figura 1).
Figura 1: Plano de vista frontal.
Resultados
Debido a que las medidas generales del CubeSat son
restringidas a 10 cm por dimensión cúbica,
considerando el estándar, las dimensiones de sus
detalles, por ejemplo, barrenos, muescas, chaflanes y
bordes redondeados, son considerablemente pequeñas
Tabla 1: Seis frecuencias naturales del modelo 2D
simplificado sin restricciones.
Figura 2: Seis modos de cuerpo rígido del modelo 2D
simplificado sin restringir.
Conclusiones
El modelo 2D Simplificado demostró tener muy
buenos resultados, debido a que su frecuencia
fundamental se encontró cerca de la señalada en
pruebas físicas, la cual es de 600 Hz, el 3D
Simplificado arrojó pésimos resultados, debido a que
se malló como si fuera un sólido, el modelo 3D
Complejo ha obtenido los mejores resultados (tabla 2).
Frecuencia Fundamental
Modelo Simulación
FEM (Hz)
Prueba
física
(Hz)
Porcentaje de
error
2D Simple 570 5 %
3D Simple 1376 600 129.33 %
3D Complejo 617 2.8 %
Tabla 2: Porcentaje de error en primera frecuencia
fundamental.
Posteriormente se ha optado por hacer un refinamiento
de malla, reduciendo el tamaño del elemento a la
mitad, lo cual requirió alto procesamiento de cómputo,
pero permitió obtener un menor porcentaje de error.
Referencias
Goncharov, et al, Engineering Analysis with NX
Advanced Simulation. 389, 2014.
Pumkin Inc. 3D Models of the CubeSat Kit, 2013.
NASA, GSFC-STD-7000A. A:65, 2013.
Modelo 2D simplificado
Modo1 Modo 2 Modo 3 Modo 4 Modo 5 Modo 6
Frecuencias naturales (Hz)
0.001933 0.000615 0.001006 0.002391 0.004548 0.009159
6

8. FREDDY: ANIMATRÓNICA Y CONTROL
María Paula Peña, Esteban González, Miguel Ángel Suarez
1. Universidad Militar Nueva Granada, Colombia; 2. Universidad Militar Nueva Granada,
Colombia 3. Universidad Militar Nueva Granada, Colombia
Freddy
Mecatrónica y Automatización
Uno de los principales campos de aplicación de la
anima trónica es la cinematografía y efectos
especiales. A partir del desarrollo de mecanismos
robóticos que simulan el comportamiento de seres
vivos se han diseñado distintas maquinas con
conductas determinadas para recrear presencias físicas
con movimientos en tiempo real. La franquicia de
videojuegos de terror Five Nights at Freddy’s o por sus
siglas FNAF, ambientada en una pizzería con la
temática de muñecos animatrónicos, presenta como
personaje principal al oso pardo Freddy, el cual posee
unas características singulares en su apariencia como
su boca y ojos.
Este trabajo presenta el diseño y desarrollo de la
cabeza en tamaño real del muñeco Freddy, con miras
a realizar un primer acercamiento a la implementación
y aplicación de la animatrónica para su uso
cinematográfico. El desarrollo del personaje cuenta
con un diseño mecánico que implementa cinco
motores sincronizados entre ellos en frecuencia y
posición. Dos de los motores se utilizarán para el
control de los ojos, permitiendo subir y bajar la mirada
al igual que direccionar la vista a la izquierda y la
derecha simultáneamente, generando el efecto de
rotación en los ojos. Por otro lado, se utilizarán tres
motores en la boca, dos en las comisuras de los labios
y uno en la parte central, los cuales contarán con tres y
dos sistemas de engranajes respectivamente, ubicados
de forma tal que permitan generar distintas facciones y
gestos en el personaje.
La sincronización en los movimientos se podrá
evidenciar en cada gesto que se realice al mover una
distancia y velocidad determinada los distintos
motores, para recrear expresiones faciales tales como
gritos, alegría, ronroneos, entre otros.
Se realizarán acoples mecánicos para cada motor, lo
cual permitirá que se puedan realizar mayor cantidad
de movimientos, estos acoples serán diferentes para
cada motor, los de los ojos deben permitir
movimientos hacia abajo, arriba, izquierda y derecha,
mientras que los acoples que llevan los motores de la
boca deben hacer que con el movimiento incluso de un
solo motor se pueda cambiar la expresión de Freddy.
Se busca realizar un enfoque en la parte de
sincronización de motores, con el fin de implementar
diseños que hagan movimientos simultáneos sin des
coordinarse, esta función tiene muchísimas
aplicaciones tanto en la industria como en el
entretenimiento, al realizar la sincronización de
motores se debe tener en cuenta el uso de cada motor,
la velocidad y su posición.
Figura 1: Rostro de Freddy.
Referencias
Edward R. Prescott, Persistent tracking and
monitoring of animatronics using IoT capabilities,
3:7-10, 2017.
An articulated talking face for the iCub et al, J
Biomech Eng, 4:13-20, 2014.
7

9. CARACTERIZACIÓN EXPERIMENTAL DE UNA TURBINA
HIDRÁULICA TIPO TURGO PARA PICOGENERACIÓN
Gallego, E (1), Pineda, J (1), Saldarriaga, A (1), Velásquez L. (2), Chica E. (2)
1.Estudiante Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Antioquia.
2. Profesor Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de Antioquia. Calle 70, No.
52-21, Medellín, Colombia.
Phone/Fax number: +0057 2198553, e-mail: edwin.chica@udea.edu.co
Resumen
Núcleo Temático: Energía
G.A. Aggidis, J.S. Anagnostopoulos, 2016, Gaiser,
Se construyó una turbina Turgo a escala de laboratorio
para probar las características de funcionamiento
operativo de esta turbina de impulso. Las pruebas se
llevaron a cabo para determinar los efectos sobre la
potencia mecánica de salida de la turbina del número
de inyectores y su diámetro.
En las mejores condiciones se observó que la eficiencia
de la turbina Turgo era superior al 80%, lo que es
bastante bueno para las picocentrales hidráulicas. Los
resultados enfatizan la importancia del diseño e
instalación adecuados del sistema, y aumentan la base
de conocimiento sobre el rendimiento de la turbina
Turgo que puede conducir a una mejor
implementación práctica en sistemas de
picogeneración descentralizado y fuera de red para la
electrificación rural en regiones que actualmente solo
tienen acceso limitado a la electricidad.
Palabras claves: Inyectores, curvas características,
generación descentralizada.
Introducción
Miles de hogares del país están ubicados en zonas no
interconectadas (ZNI) a la red eléctrica nacional; las
ZNI se caracterizan por ser zonas de baja densidad
poblacional donde el consumo de energía esta
confinada a pequeñas escalas. Así, la provisión de la
misma desde los distantes centros de generación, no
resulta factible económicamente (Kilama, 2013,
Ruben et. al 2016).
Por lo tanto, con el ánimo de contribuir a que el sistema
energético colombiano sea asequible en todo el
territorio, especialmente en las ZNI, sostenible y
competitivo, y con el propósito de reducir la
dependencia de los combustibles fósiles, se diseñó,
fabricó y caracterizó una turbina Turgo.
La turbina Turgo está clasificada como una turbina de
impulso, similar a la rueda Pelton, puede operar para
caudales de agua significativamente mayores que la
turbina Pelton, lo que permite un funcionamiento
eficiente en rangos más bajos de cabeza y, por lo tanto,
potencialmente ampliar la viabilidad geográfica. El
diseño de una turbina Turgo a diferencia de los diseños
para turbinas Pelton, permite que el chorro de agua
interactúe con varios álabes simultáneamente ya que la
descarga del fluido es opuesto a los chorros,
disminuyendo la interferencia entre el chorro de salida
y entrada. La figura 1 muestra la turbina Turgo
diseñada para este estudio.
Métodos
Usando ecuaciones teóricas y/o empíricas se realizó el
diseño hidráulico de la turbina Turgo (D.S. Benzon,
2016, S.J. Williamson, B.H. Stark, J.D. Booker,
2013,). La turbina fue fabricada y posteriormente
caracterizada experimentalmente usando un banco de
ensayo hidráulico compuesto por una bomba
centrifuga de 7.5 HP y un circuito de tuberías y un
reservorio, la figura 2 muestra el montaje experimental
de la turbina. La potencia mecánica de salida y la
velocidad de rotación de la turbina fue medida
acoplando el eje a un medidor de torque Futek Modelo
TRS605.
Figura 1. Turbina Turgo: modelo CAD.
Figura 2. Turbina Turgo: montaje experimental.
Resultados
A partir del análisis de resultados se pudo concluir que
la potencia de diseño y la obtenida experimentalmente
son similares. Además se pudo demostrar que cuanto
menor es el diámetro del inyector en la salida, mayor
es la potencia generada por la turbina. La figura 2
muestra la potencia de salida en función del caudal
para 3 diámetros diferentes de inyector.
Discusión
Las turbinas Turgo son muy adecuadas para pequeñas
instalaciones hidráulicas aisladas de la red, porque son
confiables, robustas y capaces de operar de manera
eficiente en un rango amplio de caudales.
Adicionalmente, debido a su construcción simple
requiere menos mantenimiento en comparación con
una turbina Pelton.
8

10. Figura 3. Resultados experimentales.
Referencias
D.S. Benzon, G.A. Aggidis, J.S. Anagnostopoulos.
Development of the Turgo Impulse turbine: Past and
present. Applied Energy, 166: 1-18, 2016.
Bryan R. Cobb, Kendra V. Sharp. Impulse (Turgo and
Pelton) turbine performance characteristics and their
impact on pico-hydro installations. Renewable Energy,
50: 959-964, 2013.
David Kilama Okot. Review of small hydropower
technology. Renewable and Sustainable Energy
Reviews, 26: 515-520, 2013.
Kyle Gaiser, Paul Erickson, Pieter Stroeve, Jean-Pierre
Delplanque. An experimental investigation of design
parameters for pico-hydro Turgo turbines using a
response surface methodology. Renewable Energy, 85:
406-418, 2016.
Rubén D. Montoya Ramírez, Felipe Isaza Cuervo,
César Antonio Monsalve Rico. Technical and financial
valuation of hydrokinetic power in the discharge
channels of large hydropower plants in Colombia: A
case study. Renewable Energy, 99: 136-147, 2016.
S.J. Williamson, B.H. Stark, J.D. Booker. Performance
of a low-head pico-hydro Turgo turbine. Applied
Energy, 102: 1114-1126, 2013.
9

11. VALORACIÓN ENERGÉTICA DE HOJARASCA RESIDUAL DEL CAMPUS
DE LA UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA MEDIANTE GASIFICACIÓN
William A. González, Keily De La Hoz C., Juan F. Pérez
Grupo de manejo eficiente de la energía (GIMEL), Departamento de ingeniería mecánica,
Facultad de ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 67 No. 53-108, Medellín, Colombia
Introducción
Energía, Medio Ambiente y Waste to Energy
La Figura 2 presenta dos variables obtenidas del
El uso de hojarasca obtenida a partir de residuos
municipales como materia prima para la conversión
energía aumenta el valor de los desechos y reduce el
impacto ambiental asociado a su eliminación y
emisiones de GEI – CH4 y CO2 [García-Maraver et al.,
2012]. Generalmente, las ciudades recogen hojas
caídas para quemarlas o depositarlas en rellenos
sanitarios, aunque en muchos casos se usan en
procesos de compostaje para generar un fertilizante
orgánico a partir de la descomposición de la materia
prima y la liberación de gases volátiles
[Piepenschneider et al., 2016][Bhange et al., 2012]. El
proceso de compostaje tiene un factor de emisión de
aproximadamente 95-265 gCO2/kgresiduos, mientras que
los procesos de conversión termoquímicos de biomasa
generan alrededor de 80 gCO2/kgresiduos de residuos, es
decir, hay una reducción entre el 15% y el 70% de las
emisiones contaminantes si la hojarasca residual se
tratan en procesos de generación de energía en lugar de
compostaje [Andersen et al., 2010][Zhang et al.,
2000].
proceso de gasificación de los pellets de hojarasca
residual. Se observa como aumentan la velocidad del
frente de llama y de la temperatura del proceso con
mayores flujos de aire de gasificación. También se
evidencia que los pellets que contienen 5% de
contenido de glicerol generan un incremento en la
velocidad del frente de llama (ver Figura 2a) y por
tanto una disminución en la temperatura máxima del
proceso (ver Figura 2b), debido a que hay una mayor
penetración del calor transferido por radiación.
7
6
5
4
3
2
1
0
0.075 0.150
Flujo de aire [kg·m-2
s]
1100
1000
Métodos
Los jardines del campus principal de la Universidad de
Antioquia (Colombia) producen 2.8 toneladas de
hojarasca seca por mes. Este desecho se utiliza en la
Universidad para producir compostaje, el cual se
aplica como fertilizante en los jardines del campus.
Actualmente, se está generando un exceso de
hojarasca, por lo que la Universidad ha decidido
contratar empresas externas para recolectar y disponer
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0.075 0.150
Flujo de aire [kg·m-2
s]
los residuos forestales generados. Por tanto, el presente
trabajo realiza un estudio factibilidad técnica del
aprovechamiento termoquímico de la hojarasca
residual del campus a través de gasificación en lecho
fijo. El estudio evalúa dos combustibles (pellets de
hojarasca), uno de ellos sin contenido de glicerol (G00)
y el otro con 5% de contenido de glicerol (G05,
aglomerante). El reactor donde se evaluaron los
combustibles fue de tipo top lit updraft TLUD (ver
Figura 1). Para los experimentos se varió el flujo de
aire alimentado al reactor entre 0.075-0.150 kg·s-1
·m-
2.
Figura 1. Instalación experimental
Resultados
Figura 2. Parámetros de proceso
Discusión
La adición de glicerol en la mezcla de los pellets
genera una aceleración del proceso de gasificación
debido a la mayor reactividad de la biomasa
densificada, y por tanto un mayor consumo de
biomasa. Esto se debe a que hay una mayor facilidad
de penetración de la radiación, favoreciendo la
expansión del frente de secado y de pirocombustión.
Además, el incremento del glicerol en los pellets
aumenta el poder calorífico del gas de gasificación,
debido a que hay una adición de material volátil en la
mezcla.
Referencias
Andersen et al.. Waste Management, 30(12):2475–82,
2010.
Bhange et al..Int J of Rec Trends in Sci and Tech,
4(1):22–33, 2012.
García-Maraver et al.. Renewable and Sustainable
Energy Reviews, 16(1):745–51, 2012.
Piepenschneider et al..BioEnergy Research 9(1):57–
66, 2016.
Zhang et al.. Atmospheric Environment 34(26):4537–
49, 2000.
(a) G00 G05
(b)
Temperatura[ºC]
Vff[mm·min-1
]
10

12. DISEÑO DE RAMPA PARA EMBARCAR ANIMALES EN PIE
Wilmer Cruz (1), Martha Villarreal (1)
1. Fundación Universitaria Agraria de Colombia UNIAGRARIA, Colombia
Introducción
Núcleo Temático: Diseño de máquinas
El soporte estructural de la rampa está a cargo del
El transporte de animales en Colombia se realiza vía
terrestre, en vehículos de carga, donde el ascenso y
descenso a este se realiza mediante una infraestructura
inclinada denominada “Embarcadero o Rampa”. En la
mayoría de los casos, esta infraestructura no posee las
condiciones adecuadas para brindarle bienestar al
animal durante dicha actividad, debido a que la
inclinación es superior a la requerida y los materiales
con los que se construye no son antideslizantes
aumentando el riesgo de caídas y resbalones que
generan lesiones al animal y aumentan los niveles de
estrés.
Métodos
El diseño de la rampa se lleva a cabo considerando las
etapas que se describen a continuación:
a. Definición del producto: a partir del
desarrollo de la función de la calidad QFD
[Hauser, 1988], se determinan las
especificaciones técnicas que satisfacen las
demandas de los usuarios de la rampa.
b. Diseño conceptual: se generan tres bosquejos
siguiendo la metodología de desarrollo de
concepto [Ulrich, 2004], donde cada uno de
ellos describe la forma en que la rampa va a
satisfacer las necesidades del usuario final.
c. Selección del concepto: la selección del
concepto de solución, se realiza mediante
matrices de decisión en las cuales se
comparan y evalúan aspectos relevantes de
los bosquejos respecto a los requerimientos
del cliente.
d. Diseño de detalle: se especifican los
componentes del concepto solución y se
obtienen planos individuales y de conjunto
para la fabricación del prototipo.
e. Evaluación del diseño: empleando las
herramientas para el diseño concurrente
DFM, DFA, DFQ y DFE se evalúa el diseño.
[Riba, 2002]
Resultados
El diseño de la rampa para embarcar animales en pie
se presenta en la figura 1.
Figura 1: diseño de rampa para animales.
bastidor construido en perfiles rectangulares de acero
tipo Hot Rolled, el mecanismo de elevación consiste
en un juego de poleas accionado manualmente a través
de una manivela ubicada en la parte inferior del piso.
La rampa permite una inclinación máxima de 20°
alcanzando una altura de 1,4 metros, siendo la
inclinación apropiada para garantizar condiciones de
confort durante el embarque de los animales en pie
[Rojas, 2009]. Así mismo, cuenta con un sistema de
bloqueo mecánico para garantizar la estabilidad
durante su uso.
En la figura 2 se observa el ensamble final de la rampa.
Figura 2: rampa para embarcar animales en pie.
Referencias
Arzola de la peña N., Metodología de Diseño para
Ingeniería, 1:470, 2011.
Hauser J. et al, The House of Quality, 66:63-73, 1988.
Riba C., Diseño Concurrente, 1:140-198, 2002.
Rojas F., Estandarización y documentación de
procesos según el decreto 616 de 2006 del ministerio
de la protección social y la resolución 3585 de 2008
del ICA en la producción de leche de la empresa
MEGALECHE (Estudio de Caso), 1:150-191, 2009.
Ulrich K. et al, Diseño y Desarrollo de Productos,
Enfoque Multidisciplinario, 5:119-143, 2004.
11

13. ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE UN MECANISMO
PLANAR 2R CON COMPONENTES ELÁSTICOS EN LAS
ARTICULACIONES
Yesid Caicedo (1), Ricardo E. Ramírez (2)
1. Magister Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Colombia, Colombia; 2. Profesor
asociado, Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica, Universidad Nacional de
Colombia, Colombia
Resumen
Núcleo Temático: Mecatrónica y Automatización
angulares poco significativas y oscilaciones
El presente trabajo describe el modelo dinámico y
evaluación experimental del movimiento de un
mecanismo de movimiento planar con 2 grados de
libertad (GDL) con articulaciones rotacionales (Fig.
1), cada una con un elemento elástico en la interfaz
actuador-carga, correspondiente al diseño de los
actuadores elásticos seriales (SEA) [Pratt, 1995]. El
estudio se hizo para un movimiento del mecanismo
aproximado al de la pierna humana en el plano sagital
durante la caminata. Como se describe en [López,
2015], este mecanismo fue desarrollado como punto
de partida para el estudio y desarrollo de robots
bípedos y dispositivos de rehabilitación de miembro
inferior usando elementos elásticos.
Figura 1: Mecanismo planar 2R con componentes
elásticos en las articulaciones.
Para ejecutar el movimiento del mecanismo se
tomaron como referencia las trayectorias articulares
de la cadera y la rodilla en el plano sagital, cuyos
datos fueron obtenidos de [Cárdenas, 2005], a su vez
basado en [Winter, 1984].
Para el estudio del comportamiento dinámico del
mecanismo se desarrollaron dos modelos:
1. Mecanismo completamente rígido (Modelo
1), es decir, no existe deformación en los
resortes, por lo que no hay movimiento
relativo entre cada articulación y su
respectivo servomotor.
2. Deformaciones escalonadas en las
articulaciones + movimiento de mecanismo
completamente rígido (Modelo 2), es decir,
las deformaciones angulares y el
movimiento del mecanismo ocurren de
forma separada.
Los anteriores modelos solo son aplicables para el
movimiento del mecanismo aproximado a la marcha
humana, bajo la consideración de deformaciones
despreciables.
Para aplicar estos modelos se realizaron pruebas en el
mecanismo real, usando las trayectorias articulares
descritas anteriormente y registrando los valores
instantáneos de posición angular medidos para ambas
articulaciones y sus respectivos servomotores durante
el movimiento. Los valores de las articulaciones se
usan como información de entrada en ambos modelos
para obtener las posiciones angulares instantáneas
teóricas de sus respectivos servomotores. Estos
valores teóricos se comparan con los valores reales de
posición angular de los servomotores medidos
durante las pruebas.
Al graficar los resultados (Fig. 2 y 3) obtenidos se
observó que las mayores desviaciones del modelo
corresponden a los valores máximos y mínimos en las
curvas. Para controlar el mecanismo se hizo
sintonización con el criterio de la integral del error
absoluto por el tiempo (ITAE) [Patel, 2007].
Figura 2: Curvas de posición angular en el actuador
de la cadera (repetición 1).
Figura 3: Curvas de posición angular en el actuador
de la rodilla (repetición 1).
Referencias
Cárdenas, Edwin, Modelado y simulación de un robot
caminador bípedo, Trabajo Final de especialización,
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 2005.
López, Juan et al, Mecanismo planar 2R con
articulaciones complacientes para simulación de
12

14. caminata bípeda Congreso Internacional de Ingeniería
Mecatrónica y Automatización CIIMA 2015,
Bucaramanga, 2015.
Patel, R. N., Application of Artificial Intelligence for
Tuning the Parameters of an AGC, Int. J. of
Electrical, Computer, Energetic, Electronic and
Communication Engineering, 1, nº 2: 268-274, 2007.
Pratt, G. et al, Series Elastic Actuators, IEEE/RSJ
International Conference on Intelligent Robots and
Systems, Human Robot Interaction and Cooperative
Robots, Pittsburgh, 1995.
Winter, D. A, Kinematic and Kinetic Patterns in
Human Gait: Variability and Compensating Effects,
Human Movement Science, Vol. 3:51-76, 1984.
13

15. DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO PARA EL
RECONOCIMIENTO DE FIGURAS PLANAS UTILIZANDO UNA RED
NEURONAL CONVOLUCIONAL - ALEXNET
Alhim Adonaí Vera González (1), Hernando González Acevedo (2)
1. Universidad Autónoma de Bucaramanga, Colombia; 2. Universidad Autónoma de
Bucaramanga, Colombia
Núcleo Temático: Redes Neuronales aplicadas al reconocimiento de patrones.
Introducción
En la actualidad, la visión artificial se ha convertido en
un reto para la tecnología contemporánea debido a su
inmensa cantidad de aplicaciones y herramientas. Una
de las herramientas que trabaja de la mano con la
visión artificial son las redes neuronales, las cuales
permiten realizar la detección de patrones específicos,
sin embargo, el uso de estas representa un largo
proceso de entrenamiento, por lo cual surgen las redes
pre entrenadas.
El presente artículo tiene como objetivo comparar las
ventajas y desventajas de las redes pre-entrenadas con
dos arquitecturas clásicas, una red perceptrón
multicapa y una red de base radial, para lo cual se
establece una aplicación que es el reconocimiento de
figuras planas.
Métodos
El sistema tiene dos partes fundamentales: la primera
es la generación de la base de datos a partir de los
descriptores de figuras planas, como lo son: atributos
topológicos, distancias, área, momentos, entre otros.
Luego a esto se realiza una reducción de
dimensionalidad, utilizando un método de análisis de
componentes principales (PCA) para obtener los datos
más relevantes.
La segunda parte es el reconocimiento de figuras
planas, donde se utilizaron tres métodos de
clasificación: redes neuronales de base radial, el cual
consiste en un aprendizaje híbrido, el siguiente
clasificador son redes neuronales perceptrón multicapa
el cual tiene la capacidad de resolver problemas que no
son linealmente separables, por último, AlexNet la
cual es basada en redes neuronales convolucionadas
(CNN). Su principal diferencia es su entrada ya que
son explícitamente imágenes, permitiéndole ganar
eficiencia y reducir la cantidad de parámetros, su
estructura se basa en tres capas principales, la capa
convolucional, la capa de reducción y finalmente una
capa para la clasificación. En la figura 1 se observa la
arquitectura de la red, la cual contiene cinco capas
convolucionales (CONV) y tres capas de salida (FC).
Figura 1: Arquitectura red pre entrenada ALEXNET
[Xiaobing Han, 2017].
AlexNet ha solucionado gran cantidad de aplicaciones
como lo son: Reconocimiento de oídos [Ali Abd
Almiserab, 2018] o Reconocimiento de escritura
Arabe [Rolla Almodfer, 2017], entre otros.
Resultados
Los experimentos realizados han demostrado las
ventajas de utilizar AlexNet en comparación con
arquitecturas clásicas, las principales fueron que no
requiere demasiadas imágenes para producir
resultados considerables, adicional a esto, el coste
computacional fue mucho más bajo, sin embargo,
algunas desventajas de esta, es que se requiere una
resolución fija de entrada, delimitando el sistema a una
entrada en concreto.
Discusión
Actualmente, existe gran cantidad de redes neuronales
pre entrenadas como lo son: GoogleNet, ImageNet,
TensorFlow, Keras, entre otras, quienes han sido
usados en sistemas como reconocimiento de climas
extremos con GoogleNet [Ziqi Zhu, 2017], sistemas de
observación de la tierra con ImageNet [Dimitrios
Marmanis, 2016] o Asistencias al turismo en áreas
marginadas con TensorFlow [Laurie Butgereit, 2018].
Sin embargo, AlexNet se caracterizó por ser una red
mucho más profunda y con mayor cantidad de capas
convolucionales apiladas una sobre otra. Es por esto,
que se ha convertido en una de las redes más utilizada
en la actualidad.
Referencias
Xiaobing Han et al, Pre-trained Alexnet architecture
with pyramid Pooling and Supervision for high Spatial
Resolution Remote Sensing Image Scene
Classification, Instituto Multidisciplinario de
Publicaciones Digitales (MDPI), 2017.
Ali Abd Almiserab et al, Utilizing AlexNet Deep
Transfer Learning for Ear Recognition, Instituto de
Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE), 2018.
Rolla Almodfer et al, Enhancing AlexNet for Arabic
Handwritten words Recognition Using Incremental
Dropout, Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
(IEEE), 2017.
Ziqi Zhu et al, Extreme Weather Recognition using a
Novel Fine-tuning Strategy and Optimized
GoogLeNet, Instituto de Ingeniería Eléctrica y
Electrónica (IEEE), 2017.
Dimitrios Marmanis et al, Deep Learning Earth
Observation Classification using ImageNet Pretrained
Network, Instituto de Ingeniería Eléctrica y
Electrónica (IEEE), 2016.
Laurie Butgereit et al, Assiting Tourism in
Underserved Areas with TensorFlow: A Proof-of-
Concept mobile App, Escuela Internacional de
Tanganyika(IST), 2018.
14

16. EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE UNA
FUNDICIÓN NODULAR RECUBIERTA POR PROYECCIÓN TÉRMICA
Dayi Gilberto Agredo Díaz (1,2), Arturo Barba Pingarrón (2), Jesús Rafael González Parra (2),
Jhon Jairo Olaya Florez (1), Raúl Gilberto Valdez Navarro (2)
1. Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica. Facultad de Ingeniería.
Universidad Nacional de Colombia. Bogotá, Colombia.
2. Centro de Ingeniería de Superficies y acabados (CENISA). División de Ingeniería
Mecánica e Industrial. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional Autónoma de México.
Ciudad de México. México.
Introducción
Núcleo Temático: Materiales de Ingeniería
La fundición nodular (FN) [dúctil o esferoidal], es una
aleación metálica Fe-C-Si cuya microestructura está
formada por una matriz ferrítico perlítica con nódulos
de grafito embebidos. [ASTM, 2009]. Su
comportamiento está definido por propiedades
asociadas a la morfología y la topología de las fases.
En este trabajo se plantea la evaluación y mejora de la
resistencia a la corrosión de una FN recubierta
mediante proyección térmica con Zn-Al.
Métodos
Se realiza una preparación inicial del sustrato mediante
granallado, con lo cual se consigue una rugosidad
promedio de 11 µm, para la proyección se usa una
pistola de alambre Sulzer Metco Wire jet-96 mostrada
en la figura 1. La distancia de la boquilla de la pistola
al sustrato fue de 40 cm con un ángulo normal a la
superficie, se usó un flujo de acetileno de 30 SCFH a
15 psi y un flujo de oxigeno de 55 SCFH a 30 psi. La
velocidad de consumo del alambre fue de 34.2 mm/s.
Se realiza una caracterización microestructural del
sustrato y del recubrimiento, midiendo la dureza en los
dos casos. Se realizan ensayos de pull-off para medir
la adherencia del recubrimiento, y una caracterización
mediante espectroscopía de impedancia
electroquímica y ruido electroquímico en una solución
0.1 M de NaCl
Figura 1. Pistola de alambre Sulzer Metco Wire jet-
96. [Valdez Navarro, 2014]
Resultados
La metalografía del material revela una
microestructura de ferrita y perlita con nódulos de
grafito embebidos. La dureza del material en estado de
entrega se muestra en la figura 2. Para el caso del
recubrimiento se observa una dureza de 38.1 HV
consiguiéndose un espesor de 216 µm
aproximadamente, esto se puede ver en la figura 3.
Figura 2. Dureza de la fundición nodular en estado de
entrega.
Figura 3. Recubrimiento de Zn-Al depositado por
proyección térmica, medición del espesor. MEB
Discusión
Mediante los resultados del ensayo de dureza se
determina la clase a la que pertenece la fundición
estudiada, siendo esta la 120-90-02 asociando una
resistencia de 827 MPa. La caracterización
electroquímica muestra de forma general la respuesta
de una sola constante de tiempo caracterizada por un
lazo capacitivo resistivo. Los diagramas de impedancia
muestran la aparición de una sola constante de tiempo
localizada a baja frecuencia, la cual va ligada a la
rápida aparición de óxidos de hierro sobre la
superficie. El material recubierto presenta una mejora
sustancial de la resistencia a la corrosión.
Referencias
ASTM. (2009). Ductile Iron Castings 1,
84(Reapproved), 1–5.
R G Valdez-Navarro, J A Romero-López, A Barba-
Pingarrón, M A Hernández-Gallegos, A Covelo-
Villar, R Trejo-Luna, G. L.-R. (2014). Caracterización
De Recubrimiento Híbrido ZnAl - SiC. Avances de La
Ingeniería Mecánica En Manufactura y Materiales,
Tomo IV, 518–523.
15

17. DESCOMPOSICIÓN EMPÍRICA EN MODOS Y TRANSFORMADA
WAVELET APLICADA AL ANÁLISIS DE SEÑALES EEG: ESTUDIO
COMPARATIVO
Maximiliano Bueno López (1), Fabián Salazar (2), Deiver Alfonso (2), Nikolas Rodríguez (2)
1. Programa de Ingeniería Eléctrica, Universidad de La Salle, Colombia; 2. Programa de
Ingeniería en Automatización, Universidad de La Salle, Colombia
1. Introducción
Núcleo Temático: Mecatrónica y Automatización
tiempo vs Frecuencia de cada método. La Figura 1
Mediciones con propiedades no lineales y/o no
estacionarias han sido observadas en sistemas de
potencia modernos, sistemas biológicos, biomedicina
y sistemas con aplicaciones de ingeniería.
Generalmente señales con estas dos caracterÌsticas son
analizadas separadamente a pesar de que ellas puedan
compartir propiedades y se pueden beneficiar usando
la misma metodología. Este artículo explora el uso de
la Transformada de Hilbert-Huang (HHT) y la
transformada Wavelet (DWT) para el análisis y
detección de diferentes componentes frecuenciales en
señales EEG [Bueno-López, 2017]. El concepto de
frecuencia instantánea toma especial importancia en
este análisis y será estudiado con detalle. La selección
adecuada del método de descomposición permitirá una
adecuada identificación de patologías cerebrales
asociadas a problemas neuronales, problema
ampliamente documentados en el campo médico. En
este artículo se presenta un estudio comparativo entre
la HHT y la DWT para el análisis de señales EEG, esto
con el objetivo de identificar las ventajas y desventajas
de cada una de estas estrategias en diferentes
aplicaciones.
2. Métodos
En el desarrollo de este artículo se han empleado las
siguientes herramientas:
2.1 Descomposición Empírica en Modos: es un
método de análisis de datos adaptativo y consiste en
descomponer una señal multicomponente en diferentes
señales monocomponentes denominadas Función
Intrínseca de Modo (IMF por sus siglas en inglés
equivalentes a Intrinsic Mode Functions). [Huang,
1998].
2.2 Transformada Wavelet (WT): es una herramienta
ampliamente utilizada en el procesamiento de señales,
es una forma rápida y eficiente de analizar transitorios
en señales de voltaje y corriente, además de
caracterizar las señales EEG. WT descompone una
señal en bandas de frecuencia con una aceptable
resolución tiempo-frecuencia, mejor que la
transformada de Fourier en casos donde se analizan
señales no periódicas y no estacionarias [Debnath,
2015].
3. Resultados
Las señales seleccionadas para la investigación
propuesta son obtenidas a través de la
experimentación. Estas señales son analizadas
aplicando HHT y DWT interpretando y comparando
sus resultados, probando ventajas y desventajas de
cada propuesta. En la parte final del artículo se
presenta un análisis comparativo de la resolución
muestra algunos resultados previos.
(a)
(b)
Figura 1: (a)Resultados obtenidos mediante HHT
(b)Resultados obtenidos mediante WT.
4. Discusión
El estudio realizado nos ha permito identificar en que
casos es recomendable utilizar cada una de las
estrategias planteadas y para que rangos de frecuencia
la resolución de cada método entrega mejores
resultados.
Referencias
Bueno-López, M., Molinas, M., and Kulia, G.,
Understanding instantaneous frequency detection: A
discussion of Hilbert-Huang Transform versus
Wavelet Transform. In International Work-Conference
on Time Series Analysis-ITISE (Granada, Spain:
University of Granada), vol. 1, 474–486, 2017.
Debnath, L., and Shah Huang, F, Wavelet Transforms
and Their Applications. Birkauser, New York, USA,
2015.
Huang N. et al., The empirical mode decomposition
and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-
stationary time series analysis, Proceedings of the
Royal Society of London. Series A: Mathematical,
Physical and Engineering, vol. 454, no. 1971, pp.903-
995, 1998.
16

18. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SEMILLERO CON AUTOMATIZACIÓN DE
LAS OPERACIONES DE SIEMBRA Y RIEGO
Jorge Hernando Villamizar Diaz, Luis Carlos Barriga Cabanillas, Giacomo Barbieri
Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de los Andes
Carrera 1 Este No. 19A-40, Bogotá (CO)
Núcleo Temático: Automatización, Agromática, Semillero, Robot CNC, Riego
Introducción
La seguridad alimentaria es uno de los retos mundiales
ya que la población supera los 7,2 mil millones y
aumenta continuamente. En 2050, se estimó que la
población alcanzaría los 9.6 mil millones, con más del
60% viviendo en áreas urbanas. Esto deja un vacío de
mano de obra para el sector agricultor que es difícil de
subsanar. Debido a lo anterior, se deben encontrar
maneras de automatizar el agro. Una de las tareas que
más trabajo manual exige es la siembra y cuidado de
los semilleros. Por lo tanto, en este trabajo se propone
una solución que permita automatizar esta tarea.
Metodología
El estudio del estado del arte mostró que el sistema que
más se acerca al concepto de siembra automatizada es
el sistema agromático FarmBot1
. Este robot CNC está
pensado para operar durante todas las etapas del
crecimiento de las plantas. Por lo tanto, se decidió
replicar dicho sistema para alcanzar:
1) Movimiento en el espacio por el efector
2) Siembra automatizada
3) Riego automatizado
Implementación
Para el diseño del sistema de movimiento en tres
dimensiones se tomó inspiración de la máquina de
código abierto desarrollada por OpenBuilds,
denominada ACRO2
. Se implementó el modulo
ilustrado en Figura 1 que permite acomodar una
bandeja estándar de semillero de 54cm * 28cm. El
efector es movido en el espacio por medio de tres
motores tipo stepper.
El actuador para la ubicación de semillas consiste en
una bomba de vacío, que termina en una aguja de
diámetro 75% del diámetro máximo de las semillas. La
bomba succiona la semilla y la mantiene adherida hasta
que llega a la posición final y la ubica bajo tierra a la
profundidad determinada.
Finalmente, para el control de riego se utiliza una
bomba sumergible conectada a un aspersor que se
mueve para dosificar el agua a cada uno de los espacios
de la bandeja de germinación por igual.
El sistema está controlado por medio de un Arduino
que implementa una lógica de control simplificada en
base a la del proyecto FarmBot. Esta lógica recibe
comandos en G-code para indicar la posición deseada
y los periféricos que se desean activar.
1
https://farm.bot/
Figura 1: esquema conceptual del semillero
automatizado implementado
Resultados y Conclusiones
Este articulo ilustra el diseñó y la implementación de
un prototipo de semillero automatizado para las
operaciones de siembra y riego. El sistema
implementado tiene un tamaño de 74 cm * 38cm *
20cm (Ancho * Profundo * Altura) y permite controlar
un semillero tradicional de 128 o 72 semillas
dependiendo del tamaño de la cavidad. El costo de
implementación fue de alrededor de $800.000 COP y
necesita una fuente conmutada de 350W para su
funcionamiento. Esto permitió alcanzar una precisión
menor a 5mm y rango de movimiento completo de los
efectores sobre la extensión de la bandeja.
A futuro, se diseñará un ambiente controlado en
temperatura, humedad relativa y luz artificial para así
poder controlar todas las variables que afectan el
crecimiento de las semillas.
2
https://openbuilds.com/builds/openbuilds-acro-
system.5416/
17

19. Z t  
1
Z t 2
 Z t  Z
MODELADO DINÁMICO DE UN SISTEMA DE SUSPENSIÓN TIPO
“MCPHERSON” EN UN VEHÍCULO CHEVY.
Sergio Saldaña S. (1), Angel Hernández F. (2), Mariana Molina M. (3)
1. 2. 3. Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica,
Unidad Zacatenco, México.
Núcleo Temático: Mecatrónica y automatización (autotrónica).
Introducción.
La experiencia demuestra que el comportamiento de
un sistema mecánico es muy diferente cuando los
esfuerzos aplicados varían con el tiempo que cuando
no lo hacen, aunque el orden de magnitud de dichos
esfuerzos sea similar.
En los métodos de análisis que se podría llamar
“tradicionales” se ignora este carácter variable de los
esfuerzos o a la tensión admisible del material con el
correspondiente coeficiente de seguridad. Cuando el
carácter variable o “dinámico” de las cargas es
importante [Beer, Ferdinand y Johnston, 2018], o
cuando hay fenómenos tales como choques, estos
coeficientes de seguridad tienen valores muy elevados
hasta 10 o 15 veces más de lo estandarizado en
previsión de lo que pudiera suceder.
Métodos.
El sistema de suspensión reducido es un arreglo
simplificado de dos masas, sometido a la acción de una
perturbación U [Boisseaux, M, 2008]. Los sistemas
discretos de parámetros distribuidos permiten analizar
modelos matemáticos mucho más aproximados al
sistema físico real que los de parámetros concentrados,
tal como se observa en la figura 1. Está compuesto por
dos masas conectadas por un resorte y un amortiguador
(véase figura 2). Las posiciones del sistema, masa
amortiguada y masa sin amortiguar se denominan Zs y
Zu respectivamente. El sistema posee un grado de
análisis dinámico bajo el uso de la ecuación de
transferencia [Bolton, W., 2010].
Tablas y Figuras.
Figura 1. Análisis de
esfuerzos en la
suspensión McPherson.
Figura 2. Esquema
real de una
suspensión
McPherson.
Figura 3. Factor de amortiguamiento en el sistema
McPherson.
Ecuaciones.
libertad, sentido Z, afectado por un desplazamiento
vertical de un cuerpo extremo que genera una fuerza
perturbadora U (Z) aplicada a la masa Mu.
Resultados.
Al realizar el proceso de identificación al sistema, se
encuentra que la relación de ajuste a la respuesta es del
orden de 82.41%, reflejado un grado de
correspondencia con la respuesta del sistema, dado el
U Z   0, si Zu t   Zr t 
kMu Zur , si Zu t   Zr t 
fs  ks Zs  Zu 
u
2 u i i
(1)
(2)
(3)
(4)
alto nivel de complejidad de este último, por tanto,
cumple las expectativas. La figura 3 muestra la gráfica
de resultados.
Discusión.
Mediante el uso de herramientas computacionales
disponibles, se realizó una exposición secuencial y
precisa de un procedimiento para la identificación de
sistemas dinámicos. Además, se analizó el
comportamiento dinámico de un soporte de suspensión
automotriz tipo McPherson bajo distintas
simplificaciones del sistema, mediante la ecuación de
transferencia que lo describe [Halderman, J. D., 2010].
Se apreció que a una mayor complejidad del sistema,
el consumo de recurso computacional aumenta
considerablemente, efecto que no existe al realizar
Referencias.
Beer, Ferdinand y Johnston, Mecánica vectorial para
ingenieros: Dinámica, México, McGraw-Hill, 2018,
102-110, 2018.
Boisseaux, M, El automóvil, Madrid: Paraninfo, 272-
273, 2018.
Bolton, W., Ingeniería de Control, México;
Alfaomega, 350-355, 2010.
Halderman, J. D., Automotive Steering, Suspension
and Alignment, USA, Pearson Prentice Hall, 490-492,
2010.
18

20. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA INCENTIVAR LA
INVESTIGACIÓN EN LA ENSEÑANZA DE LA INGENIERIA
Luis Ernesto Alférez Rivas (1), Héctor Pinilla Suarez (2)
1. Docente Investigador, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia,
teléfono móvil 3142507666 e-mail lealferezr@udistrital.edu.co
2. Docente, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia, teléfono
teléfono móvil 3158436166 e-mail hpinillas@udistrital.edu.co
Área Temática: Educación en Ingeniería
Introducción
En términos generales, la sociedad colombiana está
fragmentada. El sistema educativo ha contribuido
enormemente con esa fragmentación. Lo que suele
ocurrir es que la escuela desestructura el conocimiento
en asignaturas, en áreas del saber que terminan por
convertirse en realidades objetivas que no se
relacionan con otras áreas y menos con la realidad.
Más adelante el bachillerato y, posteriormente la
universidad, reforzarán dicha fragmentación. Pueden
darse casos, entonces, de estudiantes, a todo nivel, que
sepan los conceptos, mecánicamente, los puedan
emplear y repetir pero que tengan serias dificultades a
la hora de establecer relaciones entre áreas disímiles o,
incluso, sean incapaces de establecer conexiones
concomitantes entre esos saberes y la realidad.
La jerarquización del sistema educativo también
contribuye con lo anteriormente planteado. Las
extensas jornadas laborales, la enorme carga
académica, la pobre interacción con otras áreas del
saber. Una educación integral, al contrario, apuntaría a
que los estudiantes comprendieran problemas
realmente complejos al vincularlos con otros saberes,
enfocándolos a la realidad. Sería una educación en
pensamiento crítico, en indagación permanente, en
pedagogías activas en las que los estudiantes sean
actores principales del proceso y no, sencillamente,
receptores de las narraciones docentes o de su enorme
saber acumulado.
Metodología
Conscientes de esas dificultades han planteado una
metodología de investigación que permite la
integralidad de saberes, el desarrollo del pensamiento
crítico, incrementar los niveles de investigación,
lectura y escritura académica, junto con una mirada
holística de la realidad. Fue así como se diseñó una
metodología de trabajo en grupo. Cada quien inicia
labores de investigación individual que incluyen:
documentación bibliográfica, entrevistas, visita a
empresas, análisis del material en relación con la
producción, el impacto medio ambiental, la
geopolítica. A la par que se va desarrollando la
investigación se van desarrollando documentos
escritos de registro que se irán conservando porque el
objetivo final de todo el proceso es hacer una
publicación académica en una revista especializada del
mencionado material.
Resultados
La propuesta hace una reorientación de la práctica
académica, un ejercicio que está más centrado en la
experimentación de los estudiantes y se involucren en
un proceso de investigación que haga que las fronteras
del conocimiento de los estudiantes se expandan
ampliamente y, además, una reorientación de sus
logros personales a nivel académico como profesional.
En un escaso margen de tiempo se han logrado cosas
como que: la investigación dejó de ser concebida como
algo que realizan los expertos y que se dirige a otros
expertos. Se hizo algo habitual, lo mismo ocurre con
los procesos de lectura, escritura y análisis. Además,
ya han surgido cuatro anteproyectos sobre los temas
abordados con miras a convertirse en propuestas de
grado.
Discusión
Este tipo de experiencias disminuye la deserción y
aumentará la retención. El estudiante será actor
fundamental del proceso, se crea trabajo en equipo,
que se aleje de la individualidad y que hará que los
estudiantes desarrollen habilidades para solucionar
problemas de ingeniería. Este cooperativismo
redundará en el fortalecimiento de los conocimientos,
además, unas relaciones mucho más horizontales con
los docentes.
Referencias
Carlino, P. (2006). Escribir, leer y aprender en la
universidad. Buenos aires: Fondo de Cultura
Económico
Cassany, D. (2007). La cocina de la escritura.
Barcelona: Anagrama
De Zubiría, J. (2013). Cómo diseñar un currículo por
competencias. Fundamentos, lineamientos,
estrategias. Bogotá: magisterio editorial
Díaz, A. (2014). La retórica de la escritura académica.
Pensamiento crítico y argumentación discursiva.
Medellín: Editorial Universidad de Antioquia
Enzensberger, H. (2009). En el laberinto de la
inteligencia. Guía para idiotas. Barcelona: Anagrama
Giroux, H. (1997). Los profesores como intelectuales.
Barcelona: Paidós
Létourneau. J. (2007). La caja de herramientas del
joven investigador. Medellín: La carreta editores
Ranciere, J. (2018). El maestro ignorante. Buenos
aires: Edhasa
Vasco, E. et al. (1999). El saber tiene sentido. Una
propuesta de integración curricular. Bogotá: Cinep
19

21. DESARROLLO DE PARÁMETROS PARA MANUFACTURA ADITIVA
POR SOLDADURA POR FRICCIÓN-AGITACIÓN
Juan Felipe Alarcón (1), Elizabeth Hoyos (1), Johnnatan Rodríguez (1)
1. Ingeniería Mecánica. Decanatura de Ingeniería y Ciencias Básicas. Universidad EIA.
Colombia
Núcleo Temático: Procesos de Manufactura
Introducción
La manufactura aditiva(MA) es un proceso que
permite fabricar piezas a través de la deposición
sucesiva de capas. En el caso de los materiales
metálicos la técnica más utilizada es la fusión de
polvos, la cual, si bien ha tenido resultados favorables,
tiene algunos problemas inherentes al proceso como lo
son las altas tensiones residuales [Dilip et al, 2013].
Por su parte la manufactura aditiva por soldadura por
fricción agitación (Friction Stir Additive
Manufacturing, más conocido por sus siglas en inglés
como FSAM) es una técnica que busca solucionar
estos problemas al ser un método de MA en estado
sólido [Palanivel et al, 2015].
En la figura 1 se pueden observar los elementos
principales de esta técnica: el material base, la
herramienta consumible o material de aporte y el
portaherramientas.
Figura 1Esquema de FSAM [Silvério et al, 2018]
Son múltiples las variables que intervienen en este
proceso, como lo son: material y geometría de la
herramienta, longitud libre, material base, longitud y
geometría de los cordones, entre otras. Sin embargo, se
ha encontrado que los parámetros críticos de operación
son: velocidad de rotación, velocidad de avance y tasa
de deposición o velocidad de penetración.
Métodos
Para los ensayos se utilizó un centro de mecanizado
CNC (First MCV-1100, en la cual se realizó el montaje
presentado en la Figura 2. Se utilizaron placas
cuadradas de Al 2024 de 300mm de lado como
material base, sobre las cual se depositaron cordones
de Al 6061 de 130 mm de longitud.
Figura 2 Montaje utilizado para los ensayos
A partir de la revisión bibliográfica se establecieron los
rangos admisibles para las variables críticas, los cuales
fueron utilizados para el diseño estadístico de los
experimentos. Se encontró que para depósitos de
aluminio la velocidad de rotación reportada en ensayos
anteriores varía entre 500 y 800 RPM; mientras que la
velocidad de avance reportada fue entre 2.5 y 16 mm/s.
Finalmente se espera realizar mediciones de dureza y
verificar niveles de adherencia de los cordones en los
cuales se logre continuidad, actividades que aún se
encuentran en proceso.
Resultados
Como se puede observar en las figuras 3 y 4, se han
logrado hacer depósitos sobre el material base sin
obtener cordones con niveles de continuidad y
uniformidad consistentes. Se ha encontrado que los
mejores resultados se obtuvieron con 2000 rpm y
8 mm/s en la velocidad de avance transversal.
Figura 3 Ensayos preliminaries
Figura 4 Últimos ensayos realizados
Discusión
Se ha observado que un factor crítico en el proceso es
la distorsión de la placa de material base, la cual ha
sido la principal causa de error debido a que, aun
fijando las variables en un mismo valor, se obtienen
cordones con diferencias considerables. Actualmente
se están replanteando el mecanismo de sujeción y las
dimensiones de la placa con el fin de evitar la
distorsión de la misma para así obtener trazabilidad en
la experimentación.
Referencias
Dilip J.J.S, et al. Materials and Manufacturing
Processes, 28: 189–194, 2013.
Palanivel S, et al. JOM, Vol. 67, No. 3, 2015.
Silverio S, et al. Soldagem & Inspeção.
2018;23(2):225-234
20

22. ACOPLAMIENTO DE MÉTODOS DE MULTIFÍSICA PARA SIMULAR
EL PROCESO DE SOLDADURA POR FRICCIÓN Y AGITACIÓN
Jonathan Fabregas (1), Jimy Unfried (2)
1. Universidad Autónoma del Caribe, Colombia; 2. Universidad de Córdoba, Colombia;
Introducción
Núcleo Temático: Procesos de manufactura
En la actualidad existen numerosos programas
computacionales enfocados a solucionar fenómenos
físicos como las herramientas de elementos finitos, las
cuales permiten modelar casos en ciencias especificas
según el programa que se utilice. Por lo que es de gran
importancia su aprendizaje y programación ya que
permiten validar procesos sin gastar excesivos
recursos físicos y, en ciertos casos, contaminantes. Por
otro lado, existe un proceso de unión llamado
soldadura por fricción – agitación (SFA) que fue
desarrollado y patentado por W. Thomas en el Instituto
de Soldadura (TWI) en 1991 [Thomas, 1991]. SFA
presenta ventajas para la unión de materiales
comparados a la soldadura por fusión tradicional. SFA
se hace en estado sólido usando una herramienta no
consumible que penetra y fricciona la junta, generando
incremento de temperatura y agitando el material en un
estado visco-plástico. SFA se asemeja a forja y
extrusión. La temperatura máxima de SFA es 90% de
la de fusión del material [Mohan, 2014]. [Subrata Pal
et al, 2015] realizaron modelación computacional
utilizando FLUENT®, desarrollando un modelo de
SFA para acero SS304 con una herramienta de alta
dureza, prediciendo que para baja velocidad de fluidez
se presentan defectos. Otros autores [Gaoqiang Chen
et al, 2018] desarrollaron simulaciones con dinámica
de fluidos computacional (CFD) de SFA en aleación
de aluminio AA204, evaluando la fricción en la
interfaz de contacto y comparando con pruebas
experimentales, obteniendo buenas aproximaciones.
Otros autores [E. Sharghi et al, 2018] desarrollaron por
CFD simulaciones para estudiar el efecto visco-
plástico de SFA en aleación de aluminio AA6061
utilizando modelos para volumen de fluido (VOF). Por
la importancia que tienen en la actualidad las
herramientas computacionales para simular SFA, en el
presente estudio se presentan los métodos para el
acoplamiento de métodos de multifísica para simular
el proceso de SFA.
Métodos
Para el desarrollo de la simulación del proceso SFA
por medio de herramientas computacionales se deben
comprender los fenómenos físicos que lo componen
tales como: la transferencia de calor, dinámica de
fluidos por el efecto visco-plástico del material sólido,
mecánica de materiales por los esfuerzos normales y
cortantes presentes en el proceso, entre otros.
Entonces, para desarrollar la simulación, el programa
computacional a utilizar debe tener interconexión entre
herramientas, lo que se conoce como acople de
multifásica (AM). En la figura 1 se describen los
parámetros físicos del proceso SFA.
Figura 1: Parámetros del proceso SFA.
Teniendo en cuenta los fenómenos asociados, en este
trabajo se ha usado el software ANSYS® para el
desarrollo de la simulación con AM por presentar la
capacidad de interconexión de sub-herramientas para
modelar operaciones específicas.
Resultados
Resolviendo simultáneamente por medio de AM se
obtienen los perfiles térmicos, esfuerzos cortantes,
torque, entre otras variables de interés para todas las
regiones del proceso FSA. En la figura 2 se representan
los perfiles térmicos obtenidos para la unión de un
aluminio AA1100 utilizando como material de la
herramienta acero H13.
Figura 2: Perfiles térmicos al aplicar el proceso SFA.
Discusión
El proceso SFA desarrollado por medio de programas
de modelación, aporta una gran ventaja, además del
ahorro de recursos proporciona la obtención de
variables que en la experimentación presentan grandes
inconvenientes para poder analizar estas lecturas.
Referencias
Thomas et al, Firction Stir Butt Welding, 1991.
Mohan et al, IJRET, 3(5):728-733, 2014.
Subrata Pal et al, JMPT, 222:280–286, 2015.
Gaoqiang Chen et al, JMST, 34:128–134, 2018.
E. Sharghi et al, JAC, 748:953-960, 2018.
21

23. DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL AVANZADO PARA LA
REGULACIÓN SIMULTÁNEA DE LA ORIENTACIÓN Y LA POSICIÓN
DE UN QUADROTOR
Julian Alba (1), Julian Arturo (2), Jennifer Vásquez (3), Gilmar Tuta (4), Helio Esteban (5),
Camilo Moncada (6), Sebastian Roa (7)
1. UNAB, Colombia; 2. UNAB, Colombia; 3. UNAB, Colombia; 4. UNAB, Colombia; 5.
UNAB, Colombia; 6. UNAB, Colombia; 7. UNAB, Colombia.
Introducción
Núcleo Temático: Control y Mecatrónica
El aumento de los requisitos exigidos a los vehículos
aéreos no tripulados, UAV, debido a sus numerosas
aplicaciones ha intensificado el interés y los esfuerzos
de investigación para desarrollar estrategias de control
más eficientes para su navegación y maniobra
[Valvanis et al, 2015]. Uno de los UAV más populares
es el quadrotor debido a su capacidad de carga,
maniobrabilidad e inherente inestabilidad [Marqués et
al, 2017], se han desarrollando diferentes técnicas de
control.
En este documento se presenta el desarrollo de técnicas
de control con arquitectura en cascada para un
quadrotor, implementando técnicas de control PID,
LQR, LQG y robusto para el control de orientación y
altura, mientras que para el control de 𝑥 y 𝑦 se realiza
Figura 2. Sistema de control en cascada
Resultados
Una vez realizados los controladores implementando
el sistema de control en cascada se obtuvo la respuesta
transitoria del sistema no lineal compensado con cada
uno permitiendo hallar el promedio de los índices de
error IAE, ITAE, ISE e ITSE como punto de
comparación.
un control PD. También se desarrolla la comparación
por simulación de la respuesta transitoria del sistema
no lineal compensado por cada uno de los
controladores.
Métodos
El modelo dinámico del quadrotor con configuración
en “+” (Figura 1), se ha obtenido por el método de
Newton-Euler teniendo en cuenta las suposiciones
adoptadas en los trabajos de Samir Bouabdallah
[Bouabdallah, 2007] y Gilmar Tuta [Tuta, 2014].
Figura 1. Diagrama de cuerpo libre del quadrotor
Para el control de orientación y posición se diseñó el
sistema de control en cascada mostrado en la Figura 2
en donde a partir de la trayectoria se obtienen las
referencias para el control de posición de 𝑥 y 𝑦, y por
medio de una transformación como lo exponen Zhang
et al [Zhang et al, 2016] se generan las referencias del
lazo interno que controla la orientación y la altitud.
PROMEDIO DE LOS ERRORES
Up Kalman 1DOF 2DOF QFT
Phi 0,0131 0,0032 0,0002 0,0147 0,0015
Theta 0,0037 0,0037 0,0002 0,0170 0,0023
Psi 0,0001 0,0001 0,0002 0,0003 0,0001
Z 0,3456 0,0956 0,1617 0,3793 0,0834
X 2,6873 2,6873 2,7255 2,6468 2,7445
Y 2,8743 2,8743 2,8450 2,7008 3,1543
Suma 5,9241 5,6642 5,7327 5,7588 5,9861
Tabla 1: Promedio de errores de cada controlador
Discusión
A partir de la comparación de las respuestas
transitorias de cada controlador para cada ángulo y
posición, se validó primeramente el control de lazo
interno, luego el sistema acoplado en cascada y
comparando con los resultados de la Tabla 1 se
determinó que el controlador LQR con observador por
filtro Kalman fue el mejor, debido a que alcanza la
referencia en 𝑧 rápidamente, no presenta retardos
significativos en el seguimiento de los ángulos y llega
a la posición de 𝑥 y 𝑦 de forma suave y sin sobrepasos.
Referencias
Bouabdallah, Samir, Design and Control of
Quadrotors with application to autonomous flying,
2007.
Gilmar tuta et al, Concurrent design optimization and
control of a custom deigned quadcopter,2014.
Valvanis et al, Handbook of Unmmaned aerial
Vehicles, 2015.
Zhang Chi et al, Three dimensional Fuzzy Control of
mini Quadrotor UAV Trayectory Tracking Under
Impact of Wind Distrubance,2016.
22

24. CARACTERIZACION DE ACTUADORES EN UN MODELO
MATEMATICO DE UN ROBOT BIPEDO CON EQUILIBRIO DINAMICO
Introducción
Dr -Ing. Ricardo E. Ramírez (1) , Ms -Ing Jhoan S. Rodriguez (2)
1,2. Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica.
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
Núcleo Temático: Mecatrónica y Automatización
Resultados
En el desarrollo de robots móviles articulados la
correcta selección y operación de sus actuadores es un
factor esencial que determina el desempeño final de
los movimientos del robot.
Factores como velocidad, fuerza, peso y tamaño de
actuadores a los que se tengan acceso delimitan no
solo el diseño y configuración mecánica del robot
sino su sistema de control asociado. Usualmente las
tareas de desarrollo consisten en la construcción de
prototipos y pruebas de diseño para encontrar la
mejor configuración mecánica que ofrezca a el robot
el soporte, grados de libertad y velocidad necesaria
para realizar sus tareas.
La simulación fuera de modelos matemáticos permite
permite realizar pruebas de desempeño en menor
tiempo sin requerir de construcciones parciales o
pruebas físicas, los sistemas de control pueden ser
ajustados para asegurar el correcto funcionamiento
del robot y el comportamiento ideal de los actuadores
puede ser determinado evaluación y comparación
frente a dispositivos reales [M. Akhtaruzzaman,
2010].
Métodos
El modelo fue realizado utilizando el entorno de
simulación por bloques Simmechanics de Simulink
en Matlab que permite simular la interacción
dinámica entre sistemas mecánicos y de control en un
ambiente virtual.
Se modela la estructura articular de un robot bípedo
como el mostrado en la Figura 1 junto a un sistema de
control encargado de mantener el equilibrio y generar
un patrón de marcha para el robot [Y. Choi, 2006].
Figura 1: diagrama del modelo matemático de la
estructura del robot y robot real.
El modelo también cuenta con información física de
la construcción del robot como peso, distribución de
masa, limites articulares y un sistema de interacción
de contacto visco-elástico que permite simular la
interacción de las distintas partes del robot con su
entorno [R. Dong, 2017].
El modelo realizado permite evaluar el torque,
velocidad de respuesta y movimiento, aceleración y
límites de carrera en función del tiempo como se ve
en la Figura 2.
Figura 2: caracterización del torque necesario para
mantener el robot en equilibrio.
El sistema de control del robot se puede ajustar a las
velocidades y fuerzas de distintos actuadores para
asegurar que el robot puede mantener el equilibrio
durante la ejecución de distintas tareas. La
introducción de fuerzas de perturbación y colisión
con obstáculos permite evaluar el sistema mecánico y
de control en situaciones anormales de
funcionamiento lo que permite el desarrollo de
sistemas de control robustos.
Discusión
La evaluación fuera de línea del comportamiento
dinámico de los componentes de un robot articular
permite prever las limitaciones físicas introducidas
por el alcance de actuadores reales; así mismo,
nuevas tecnologías en el desarrollo de actuadores
eléctricos y la introducción de actuadores de fuerza
neumáticos e hidráulicos pueden ser considerados en
el modelo matemático para evaluar su desempeño
antes de una implementación real.
Referencias
M. Akhtaruzzaman and a.a. Shafie. Evolution of
Humanoid Robot and contribution of various
countries in advancing the research and development
of the platform. Control Automation and Systems
(ICCAS), 2010 International Conference on, pages
1021–1028, 2010.
Ren, T., Dong, Y., Wu, D., & Chen, K. (2018).
Collision detection and identification for robot
manipulators based on extended state observer.
Control Engineering Practice, 79(December 2017),
144–153.
Y. Choi , D. Kim and B. J. You "On the walking
control for humanoid robot based on the kinematic
resolution of CoM Jacobian with embedded motion",
Proc. IEEE Int. Conf. Rob. Autom., pp.2655 -2660
2006
23

25. CONTROL DE POSICIÓN UTILIZANDO TÉCNICAS DE
INTELIGENCIA ARTIFICIAL.
Sebastián Acosta (1), Lisbey Gómez (2), José Tumialán (3).
1. Ingeniería en Automatización UNISALLE, Colombia; 2. Ingeniería en Automatización
UNISALLE, Colombia; 3. Ingeniería en Automatización UNISALLE, Colombia.
Núcleo Temático: Mecátronica y Automatización.
Introducción
En la década de los 90 el control inteligente alcanzo
su desarrollo gracias a entidades europeas y
americanas donde abarco la lógica, optimización,
probabilidad, percepción, razonamiento, toma de
decisiones y aprendizaje; actualmente en la industria
se plantea resolver problemas que hasta ahora no han
sido tratados por diferentes motivos: falta de
información, incertidumbre, complejidad, etc.
[Bhatkhande, 2014] presenta un controlador neuro-
difuso adaptativa (ANFIS) para el control de
estabilidad de un cuadrotor. [Abdulbasid, 2018],
realizó un controlador fuzzy hibrido inteligente y un
controlador PID basado en modelos para abordar el
sistema ball and beam. Este sistema hibrido, es
comparable con el neuro-fuzzy desarrollado, sin
embargo se probo varias técnicas, concluyendo que el
PID clásico, como lo menciona Bhatkhande no
funciona en este caso, ya que es altamente no lineal,
siendo complejo calcular su modelo matemático.
Palabras clave: control, neuro-fuzzy, fuzzy, redes
neuronales y PID
Métodos.
En este artículo se presenta un caso de estudio de un
prototipo funcional de control de posición, presentado
en la figura 1, este sistema se encuentra totalmente
instrumentado con sensores, actuadores y
controladores (ventilador DC de 5 W a 24 V, driver
L298N, arduino UNO y un sensor ultrasónico HC-
SR04). Para la etapa de identificación del sistema se
utilizo el arduino y la herramienta de Matlab.
Figura 1: Diagrama P&ID y prototipo funcional.
En la figura 2, se representa los datos utilizados en la
identificación del sistema que corresponde a la
dinamica del desplazamiento en mm del damper, en
respuesta a la excitación del ventilador en su rango de
operación (0-255 PWM), siendo la velocidad del
ventilador la variable de control. Para la
identificación se utilizó el algoritmo Levenberg-
Marquardt.
Figura 2: Identificación de la planta.
Resultados y discución.
En la figura 3, se denota la respuesta dinámica del
sistema identificado, presentando un error de 0.001,
donde se observar la superposición entre la respuesta
de la red neuronal y la planta real.
Figura 3: Modelo identificado con la red
neuronal vs la planta real.
En la figura 4, se presenta la estructura del
controlador inverso, generalmente se selecciona como
algoritmo de aprendizaje el basado en Levenberg-
Marquardt, debido principalmente a su rapidez de
convergencia con errores suficientemente pequeños
acorde a las necesidades del usuario. [Rodriguez,
2009].
Figura 4: Estructura del controlador Inverso.
En el articulo completo se analizan diferentes técnicas
de control, concluyendo que la técnica más optima es
neuro-fuzzy, ya que esta técnica realiza un
aprendizaje basado en datos locales que permiten que
aprenda a responder ante perturbaciones, llegando a
una referencia en el menor tiempo posible y así causa
solamente modificaciones locales en el sistema difuso
subyacente.
Referencias
Abdulbasid Ismail Isa et al, “Modelling and Fuzzy
Control of Ball and Beam System” International
Conference on IEEE 2018.
Pranav Bhatkhande and Timothy C. Havens, “Real
Time Fuzzy Controller For Quadrotor Stability
Control”. International Conference on IEEE 2014.
Victor A. Rodriguez-Toro et al, “Control Neuronal
por Modelo Inverso de un Servosistema Usando
Algoritmos de Aprendizaje Levenberg-Marquardt y
Bayesiano”. VIII Congreso de la Asociación
Colombiana de Automática.
24

26. DETERMINACIÓN DEL FLUJO DE ENTRADA DE GRANOS Y EL
FLUJO DE AIRE A TRAVÉS DE SIMULACIONES NUMÉRICAS
Autores:
Helard Álvarez S. & Luiguie Sagastegui R.
Afiliación:
Universidad de Ingeniería y Tecnología - UTEC, Lima, Perú.
Resumen
Núcleo Temático: Simulaciones numéricas computacionales DEM-CFD
básicamente el monitoreo de la posición y velocidad
Existe una falta de estudios fundamentales por el
estado del arte numérico computacional y sus
aplicaciones en la ingeniería moderna, como es el
caso de las simulaciones acopladas entre DEM y CFD
(Método de elementos discretos y Fluido dinámico
computacional, respectivamente), las cuales explican
la teoría y el aspecto técnico del proceso de limpieza
aerodinámica de una máquina limpiadora de trigo.
Así mismo, estas evitan las pruebas experimentales
tradicionales, las cuales anteriormente se realizaban
constantemente para lidiar con los problemas de bajo
rendimiento de limpieza y sobredemanda de energía
de parte del motor del ventilador centrifugo de la
máquina. Las causas de los efectos mencionados de
acuerdo con la literatura se deben a factores
operativos y diseño como por ejemplo entre los más
comunes una mala calibración de los flujos de aire-
partícula y las dimensiones del conducto neumático.
Y a través de las simulaciones mencionadas dichos
factores operativos y de diseño se pueden variar
libremente con el fin de entender el comportamiento
de las partículas bajo la influencia de un flujo de aire
forzado, tal como ocurre en la máquina limpiadora de
trigo.
En este sentido, se realizaron tres simulaciones DEM-
CFD con estrategia unidireccional entre Rocky-DEM
y ANSYS-Fluent, con el fin de simular el proceso de
limpieza de la máquina limpiadora de trigo para tres
de las partículas de trigo y broza en cada paso de
tiempo, las cuales se muestran en la Figura 3: .
Además, se validó y se comparó el desplazamiento
final de las partículas, obtenidas de las simulaciones,
a través de pruebas experimentales que se realizaron
en un banco de prueba a escala configurados bajos los
mismos parámetros de operación y diseño, y se
obtuvo un margen de error de 5%, tal como se
muestra en la Figura 3: . Siguiendo con los
resultados de las simulaciones realizadas, la velocidad
traslacional tanto de las partículas de trigo como de
la broza estuvieron en el rango de 0.5-1.5 m/s y 1-4.5
m/s, respectivamente, en la zona de mayor interacción
aire-partícula (ver Figura 3: ), y para los tres casos se
dio rendimientos de limpieza de 100% (calculado con
la Ecuación 2). Adicionalmente, se varió el paso de
tiempo de 0.05 a 0.1 segundo para las tres
simulaciones realizadas y los desplazamientos de las
partículas de broza fueron desalentadores debido a
que solo alcanzaron desplazamientos finales en el
rango de 30 a 50 cm, tal como se muestra en la Figura
4.
Tablas y Figuras
Material Densidad Módulo de Young
Trigo 790 kg/m³ 450 MPa
Broza 200 kg/m³ 4.5 GPa
Tabla 1: Propiedades requeridas para la configuración de
las partículas en Rocky-DEM.
direcciones de flujo de aire (0°, 22.5° y 45°). Para la
realización de estas se inició en primer lugar la
simulación CFD, la cual fue configurada con una
velocidad del flujo de aire de 7.5 m/s (velocidad
terminal del trigo) y un diámetro hidráulico del área
de entrada de 0.25 m (calculado con la Ecuación 1)
para las tres direcciones, tal como se muestra en la
Figura 1: Velocidades del flujo de aire direccionados
0°, 22.5° y 45° con respecto a la horizontal.. Estas
soluciones CFD posteriormente se exportaron en un
formato “f2r” a través de la opción de “Exportar
solución a Rocky” ubicada en el menú superior “File”
del software Fluent y posteriormente se importaron en
Rocky-DEM en dónde; además, se configuro las
propiedades físicas y mecánicas de las partículas de
trigo y broza (ver Tabla 1: Propiedades requeridas
para la configuración de las partículas en Rocky-
DEM.), la razón de entrada de alimentación para
ambas partículas (ver Tabla 2: Razón de entrada de
las partículas de trigo y broza en Rocky-DEM *(d:
diámetro).) y por último se dio inicio a la simulación
unidireccional con un paso de tiempo de 0.05
segundos para una duración de 2 segundos para cada
una de las tres direcciones.
Los resultados de las simulaciones DEM-CFD se
obtuvieron directamente en Rocky-DEM y fueron
Tabla 2: Razón de entrada de las partículas de trigo y
broza en Rocky-DEM *(d: diámetro).
Material Geometría Razón de Entrada
Trigo d = 0.01 m 0.8 t/h (80%)
Broza 5x50x ½ mm 0.6 t/h (20%)
25

27. Figura 3: Comparación real y virtual (con paso de tiempo
de 0.05s) del desplazamiento de las partículas de broza en
cada paso de tiempo.
Figura 1: Velocidades del flujo de aire direccionados 0°,
22.5° y 45° con respecto a la horizontal.
Figura 4: Posición y velocidad de las partículas de trigo y
broza con un paso de tiempo de 0.1s para las direcciones
de 0° y 45°.
Ecuaciones
𝐷ℎ
Ecuación 1
=
4 × (𝐴𝐵)
2𝐴 + 2𝐵
Donde, 𝐷ℎ es el diámetro hidráulico (m), 𝐴 y B son
los lados del rectángulo.
Ecuación 2
Figura 2: Posición y velocidad de las partículas de trigo y
broza con un paso de tiempo de 0.05 segundos para las
direcciones de 0° y 22.5°.
𝑛 𝑐 =
𝐺0
𝐺0 + 𝐶𝑐𝑔
× 100
Donde, 𝑛 𝑐 es el rendimiento de limpieza (%), 𝐺0 es el
peso de los granos a la salida (g) y 𝐶𝑐𝑔 es el peso de
los contaminantes embebidos entre los granos
limpiados (g).
1.210.80.6
Tiempo (s)
0.40.20
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
ComputacionalExperimental
Desplazamientos(cm)
26

28. Referencias
B. A. Adewumi et al, Grain classification using
aerodynamic principles, pp:1-3, 2007.
C. K. K. Lun & H. S. Liu, Numerical simulation of
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separator, pp: 5-30, 2015.
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Modeling, pp: 310-360, 2016.
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limpiadora de trigo, pp: 5-15, 2004.
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with non-spherical particle geometry, Chemical
Engineering Science, 2010.
L. Almeida, Workshop: 1-way coupling CFD-DEM,
pp. 1-30, 2016.
M. Hauhouot-O’hara et al, Selected physical and
aerodynamic properties for cheat seed, pp: 1-14,
2000.
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physical and technological properties of wheat grain,
pp: 1-10, 2013.
R. Bharadwaj, Using DEM to solve bulk material
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Y. Tsuji, Multiscale modeling of dense phase gas-
solid flow, 2007.
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