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  • Co-simulación y control de velocidad de un Motor de Reluctancia Variable, con falla de cortocircuito entre vueltas del devanado
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-06-07) Nigenda Jiménez, Anuar
    En este trabajo se realizó el análisis de la falla de cortocircuito del tipo incipiente entre vueltas del devanado para un Motor de Reluctancia Variable (MRV) de 8/6 polos utilizando la técnica de co-simulación numérica donde se utiliza un modelo de elementos finitos en dos dimensiones detallado para el motor. Se implementa un controlador de velocidad del tipo proporcional-integral (PI) y se modela el convertidor de; medio puente H asimétrico considerando la electrónica de potencia. Se presenta una descripción de la máquina incluyendo el principio de funcionamiento, obtención de la secuencia de conmutación y finalmente se realiza un análisis magnetodinámico utilizando el modelo de elementos finitos. Posteriormente se propone un controlador de la forma PI con rechazo a perturbaciones de alta frecuencia con el objetivo de evaluarlo en problemas de regulación y seguimiento sin falla. Finalmente se simula la falla de cortocircuito entre vueltas del devanado de la fase A (1, 3, 5 y 7 vueltas). La falla se representó por medio de un circuito RC en paralelo con la sección del devanado que se encuentra en cortocircuito en una fase del motor, capturando el comportamiento del par electromagnético, corriente y voltaje de cada fase y velocidad angular del rotor.
  • Análisis de la densidad de fuerza para la acción de control de un Tornillo-Magnético-Tuerca
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-06-23) Romano Abarca, Efraín Raúl Eduardo
    El Tornillo-Magnético-Tuerca, también conocido como Tornillo de Avance Magnético, ha adquirido una gran importancia en los últimos años debido a sus diversas aplicaciones en la industria y en la investigación. En este contexto, la presente Idónea Comunicación de Resultados se enfoca en el análisis de la densidad de fuerza de un Tornillo-Magnético-Tuerca. Para ello, se ha utilizado como referencia principal el trabajo del PhD. Jiabin Wang y colaboradores. En primer lugar, se ha realizado la simplificación del Tornillo-Magnético-Tuerca tridimensional, que presenta un arreglo helicoidal de imanes permanentes, a un modelo axisimétrico basado en anillos de imanes permanentes. A continuación, se ha llevado a cabo el análisis magnetostático del Tornillo-Magnético-Tuerca mediante el software Altair Flux®, obteniendo una fuerza máxima de F=195.75 [N], validando los resultados obtenidos con el trabajo del PhD. Wang, con un error tolerable del 3% y 7% en las soluciones analítica y numérica, respectivamente. Posteriormente, se ha realizado un análisis magnetodinámico del Tornillo-Magnético-Tuerca para estudiar su comportamiento transitorio, en cosimulación con el softare Matlab/Simulink®. Una vez obtenidos resultados satisfactorios, se procedió al acoplamiento del Tornillo-Magnético-Tuerca con un sistema mecánico de un grado de libertad, para posteriormente extenderlo a un sistema de dos grados de libertad con el fin de analizar su desempeño, estabilidad y fuerza desarrollada. Al aplicar una fuerza de empuje de Finput = 100N el sistema respondió con una fuerza magnética de Fmag = 103.44 N y un desplazamiento de la tuerca magnética δ = 0.406 mm. Con este análisis, se pretende contribuir al conocimiento sobre el comportamiento del Tornillo-Magnético-Tuerca y su potencial aplicación en diversas áreas de la ingeniería electromagnética.
  • Aplicación del formalismo de Lagrangianos Controlados en la regulación de velocidad del motor de inducción trifásico
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021-11-17) González Acosta, Yaima
    En este trabajo se explora por primera vez el Formalismo de Lagrangianos Controlados aplicado a máquinas eléctricas. Se comienza con un análisis de los sistemas puramente mecánicos, una vez comprendidos, se realiza el estudio en un motor de inducción bifásico, implicando esto un mayor grado de complejidad debido a que no existe ninguna referencia que lo haya hecho antes. Finalmente se expande este estudio al motor trifásico, siendo este el objeto de investigación principal del proyecto. La principal guía que se utilizó fue el artículo de Bloch en el análisis de sistemas mecánicos. En cuanto al procedimiento, lo primero que se hace es la selección de las coordenadas generalizadas, se plantea el Lagrangiano y de él se obtiene el modelo a través de las ecuaciones de Euler-Lagrange, seguido de eso se identifican las simetrías (que en el caso de los MI es especialmente interesante porque estas simetrías son obvias de la elección de coordenadas) y se divide el espacio de configuración en direcciones verticales y horizontales, se redefinen las direcciones horizontales y se propone el Lagrangiano Controlado. Por último, se buscan las fuerzas generalizadas, utilizando como apoyo el Teorema de Noether y se establece así la ley de control. El desarrollo para la obtención del Lagrangiano Controlado y la ley de control, se hace de forma detallada, explicando cada paso del procedimiento y utilizando métodos algebraicos específicos de este formalismo que están fuertemente basados en la estructura geométrica de la variedad de configuración. Los resultados obtenidos son un acercamiento en la dirección de Lagrangianos Controlados aplicados a máquinas eléctricas.
  • Análisis computacional de circuitos eléctricos y geometrías de bobinas para sistemas de estimulación magnética transcraneal
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021-10-28) Ramírez Galindo, Ángel David
    Los sistemas de estimulación magnética transcraneal han tenido un apogeo en las últimas dos décadas, tanto en desarrollo y comercialización de equipos, como en áreas de aplicación en la medicina y la investigación, lo que los ha vuelto herramientas de diagnóstico y tratamiento de padecimientos importantes del sistema nervioso. La mayoría de los análisis del funcionamiento general siguen limitándose al estudio por separado de los elementos del sistema. En el presente trabajo se realiza el análisis mediante simulaciones del circuito eléctrico de excitación utilizando la herramienta Matlab®/Simulink®y Micro-Cap, así mismo, se analizan tres geometrías de bobinas de sistemas de estimulación magnética transcraneal mediante el uso del método de elementos finitos en el software COMSOL Multiphysics®. El análisis computacional radica en estudiar la arquitectura básica del circuito eléctrico de excitación, que está conformado por un circuito RLC con elementos de conmutación y electrónica de potencia, encargado de generar pulsos de corriente de alta magnitud (entre 1 y 3 kA) y corta duración (entre 0.5 y 1250 ms). Se analiza la magnitud de la corriente y la forma de la señal en los elementos de la etapa RLC, realizando un cálculo de la potencia disipada. Esta primera etapa se complementa con el análisis mediante el método de elementos finitos de la densidad de flujo magnético y temperatura máxima de operación de tres geometrías de bobinas comúnmente utilizadas para las terapias. Del análisis computacional se origina una propuesta de un sistema que disminuye la temperatura máxima de operación de la geometría de bobina en hasta un 20 %, manteniendo la magnitud máxima de la densidad de flujo magnético, que consiste en el diseño de una geometría de bobina de solenoide simple con embobinados concéntricos, que, desde el punto de vista eléctrico, son inductores en paralelo.
  • Modelado de reactor de lecho fijo para la reformación de etanol con CO2
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2018-05) Ramos Sanchez, Ivan
    En el presente trabajo se ha fijado la atención en cómo resolver uno de los grandes problemas que posee la civilización humana en todos los estratos sociales en el siglo XXI. Que es la emisión de gases contaminantes hacia la atmósfera, pero un especial interés, es el cómo usar el CO2, para generar más productos de valor agregado, y que no sea un simple gas efluente. En este caso se investigo acerca la reacción de reformación seca de etanol, para generar Hidrógeno, principalmente porque es un gas de alto valor en el mercado, porque posee algunas características que lo hace una opción viable para sustituir a los combustibles fósiles. Y suena aún más atractivo el obtenerlo de una materia prima que puede ser recabada a su vez de fuentes renovables como la descomposición anaerobia de biomasa. Se realizó un breve y simple estudio termodinámico para saber bajo ciertas condiciones de alimentación y temperatura, puede llevarse a cabo la reacción. Se hizo reaccionar el etanol con CO2 mediante un catalizador ya estudiado para generar hidrógeno a partir de etanol y vapor de agua. Se formula una mezcla Binder que permitió aumentar las propiedades mecánicas del catalizador, así como sus propiedades texturales, el cual podría generar nuevas perspectivas en la síntesis de catalizadores y materiales incluso. Se calcularon los parámetros de transporte efectivos, como función únicamente de la temperatura y de las propiedades texturales del catalizador. Mediante técnicas numéricas se desarrollaron expresiones para definir una ley de velocidad mediante el uso de ajuste no lineal de datos. Así como el uso del método de diferencias finitas, para resolver las ecuaciones conservativas de masa y energía. Para posteriormente cotejar su validez mediante experimentación en reactor integral de lecho fijo. Se obtuvieron velocidades de reacción en reactor diferencial (sin resistencias la transporte de masa y energía) para generar factores de efectividad. Que por sí mismos pueden dar información sobre los procesos que influyen en la cinética de la reacción y la transferencia de masa intraparticula. En la sección de apéndices se presenta un resumen más detallado de las metodologías usadas.
  • Modelado de un reactor de lecho fijo para la obtención de acroleína a partir de glicerina
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2018-03) Hernandez Ramirez, Sofia
    La producción de acroleína se llevó a cabo por deshidratación de glicerina utilizando un catalizador de Pd Paladio soportado en zeolita Y con La Lantano. Se realizaron una serie de experimentos en un reactor diferencial a diferentes temperaturas de reacción y de concentración de glicerina en la alimentación para validar la ecuación de velocidad de reacción de acuerdo con el modelo de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson. Se determinaron las constantes de velocidad de reacción y se confirmó que la cinética de reacción de deshidratación de glicerina a acroleína es de primer orden, así como la energía de activación y el factor de pre exponencial, basado en la ecuación de Arrhenius. Utilizando los datos anteriores, se desarrolló un modelo bidimensional que permite calcular los perfiles de conversión y temperatura en cualquier punto de un reactor de lecho empacado, siendo las ecuaciones parciales de balance de energía y masa en estado estacionario las que rigen el modelado del reactor de lecho fijo. Estas ecuaciones se resolvieron por el método de elemento finito utilizando COMSOL Multiphysicis 5.2a. La mayor aportación de este estudio consiste en la determinación experimental de la ecuación de velocidad de reacción y su aplicación a la construcción del modelo de balance de masa y energía para determinar los perfiles de conversión y temperatura, axial y radialmente. Gracias al modelo se puede predecir que a 13 cm de longitud se puede obtener un 100% de conversión a temperaturas cercanas a los 320 °C y 325 °C. El perfil de conversión de la glicerina es parabólico siendo mayor en las paredes del reactor donde se encuentra la fuente de calor ya que es un producto de una reacción endotérmica.
  • Análisis CFD de la disipación viscosa en un tanque cilíndrico usando un impulsor de alto corte
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2017-12) Guadarrama Perez, Roman
    La disipación viscosa es un parámetro clave en procesos de dispersión de polvos, llevados a cabo en sistemas con agitación mecánica. Debido a que ésta es asociada a la desaglomeración de partículas cerca de la zona barrida por el impulsor. En este trabajo se simuló el flujo tridimensional (en régimen laminar y de transición) en estado estacionario inducido por un impulsor de alto corte tipo Hockmeyerr de dos anillos. El sistema de estudio es un tanque cilíndrico con fondo toriesférico, desprovisto de detectores. Con el uso de la herramienta de dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés), se evaluó el efecto de la distancia del fondo del tanque al impulsor (C), el diámetro del tanque (T) y la altura del fluido de trabajo (Z), expresados como las relaciones: C=T , D=T y Z=T , D representa el diámetro del impulsor, así como el tipo de fluido (newtoniano y pseudoplástico) sobre el patrón de flujo y la disipación viscosa a una misma potencia inyectada por unidad de volumen de fluido (P=Vf ). Con el fin de capturar la hidrodinámica en la región cercana al impulsor y extraer valores promedio de la disipación viscosa en esta zona, el dominio computacional se dividió en diferentes volúmenes. Se utilizó el modelo de múltiples marcos de referencia (MRF, por sus siglas en inglés) y el modelo de volumen de fluido (VOF, por sus siglas en inglés) para simular la evolución de la interface aire-líquido. Los resultados numéricos fueron validados con mediciones experimentales de consumo de potencia. Con base en los resultados, se encontró que los sistemas estudiados presentan un patrón de flujo radial. Sin embargo, en el fluido pseudoplástico los lazos de recirculación son más reducidos. Lo que genera valores más altos del gradiente de velocidad y como consecuencia en la disipación viscosa. Por otro lado, al reducir la distancia del fondo del tanque al impulsor, el patrón de flujo radial tiende a deformarse e incluso el fluido pseudoplástico comienza a segregarse cerca de la interface aire-líquido. Se determinó que la configuración geométrica tiene efecto sobre la disipación viscosa y que los valores más altos se tienen al mantener las relaciones: C=T = 0.3848, D=T = 0:3848 y Z=T = 1:0. Los resultados obtenidos en este trabajo sugieren que el proceso de dispersión podría intensificarse al mantener la configuración geométrica antes mencionada y utilizar un fluido pseudoplástico como fluido de proceso.
  • Recuperación optima de energía de fuentes de baja temperatura bajo condiciones de incertidumbre
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2017) Santos Rodriguez, Maria Magdalena
    En el proceso de una industria existen corrientes de calor de baja temperatura las cuales no tienen utilidad y por lo tanto se convierten en residuos industriales. Una fuente de energía se considera de baja temperatura si es inferior a 370_C [10, 52]. Debido a su bajo contenido energético, estas corrientes de procesamiento son consideradas no rentables, especialmente en los ciclos termodinámicos utilizados para la recuperación de energía a partir de fuentes de energía de baja temperatura. Investigaciones estadísticas indican que las corrientes de calor de baja temperatura representan 50% o más del total del calor generado en la industria, el cual se pierde en forma de emisiones contaminantes térmicas [10, 47]. Debido a la falta de métodos de recuperación eficientes, el calor residual de baja calidad ha sido descartado generalmente por la industria y se ha convertido en una preocupación ambiental debido a la contaminación térmica. Un ciclo termodinámico que es utilizado para la recuperación de energía es el ciclo Rankine orgánico y puede ser una opción de generación de energía Sin embargo en la mayoría de las situaciones prácticas existe por lo general incertidumbre o desconocimiento del valor preciso o exacto de variables que influyen fuertemente sobre la calidad de diseño de un ciclo Rankine orgánico. Por lo que considerar incertidumbre en algún parámetro es de gran importancia y utilidad ya que permite obtener diseños que operen bajo condiciones de operación más reales. En esta tesis, se aborda el problema del diseño de fluidos orgánicos de múltiples componentes capaces de funcionar de manera óptima bajo condiciones de incertidumbre en las condiciones de funcionamiento tales como las temperaturas de la fuente de calor y la eficiencia de los componentes individuales del ciclo de Rankine. El problema de diseño se presenta como un problema de optimización estocástica no lineal. También se utilizan las medidas de riesgo para compensar la flexibilidad y el desempeño del promedio y encontrar que existen conflictos fuertes.
  • Modelado cinético del proceso de obtención de acroleína a partir del glicerol
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016) Flores Gutierrez, Tyreese Humberto
    La alta demanda y la preocupación ambiental que han causado los combustibles fósiles por su consumo, ha estimulado la oferta de combustibles renovables y sustentables como el biodiesel. Actualmente la producción de biodiesel tiene una rápida tasa de expansión anual del 28% en Europa y del 50-80% en Estados Unidos. Sin embargo, el fuerte incremento en la producción de biodiesel ha llevado a la abundancia del glicerol de bajo costo como el principal producto del proceso de transesterificación. Investigaciones recientes indican que la producción de glicerol en el año 2020 excederá seis veces la demanda industrial actual (Talebian-Kiakalaieh et al, 2015), por lo que uno de los principales retos que encara el sector industrial es el poder promover el desarrollo de la industria química para la producción de productos químicos de alto valor agregado a partir del glicerol, con el fin de disminuir la dependencia económica hacia el petróleo, al mismo tiempo que fomente el uso de recursos renovables y amigables con el medio ambiente. Este estudio está enfocado a investigar una de las diferentes aplicaciones útiles que se le pueden dar al glicerol. Uno de los principales productos que se obtienen de la deshidratación de glicerol en presencia de catalizadores ácidos es la acroleína. El estudio cinético de la deshidratación selectiva del glicerol en fase gas, se plantea bajo la necesidad de conocer el comportamiento y el mecanismo de reacción de este proceso, que se lleva a cabo en el régimen de catálisis heterogénea, hay que resaltar que este estudio se centra principalmente en el efecto que produce el catalizador bifuncional Pt/ - Al2O3 (concentración vs tiempo) en la obtención de acroleína en términos de reactivos, intermediarios y productos. El modelado que se desarrolla para este proceso, se simula mediante el uso del software MATLAB y siguió la metodología de ajuste de parámetros por mínimos cuadrados e interpolación cuadrática. Los modelos simulados son de tres pasos (reacción irreversible) y cuatro pasos (reversibilidad en el equilibrio tautomérico, compuestos intermediarios), ambos coincidiendo con lo visto por otros estudios, ya que consideran una deshidratación selectiva en el grupo hidroxilo (OH-) secundario, un equilibrio tautomérico dónde está presente el principal precursor de la acroleína que es el 3 Hidroxipropanaldehído y finalmente una segunda deshidratación. Mediante ambas técnicas se obtuvieron las constantes cinéticas para el proceso.
  • Modelado de un reactor de lixiviación para el proceso de extracción de metales contenidos en minerales de baja ley
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016) Juarez Mata, Raul
    En el presente trabajo se realizó un estudio hidrodinámico, mediante dinámica de fluidos computacional, Computational Fluids Dynamics, CFD, del comportamiento de dos tipos de impulsores comerciales, uno de alto corte (disco tipo Norstone®) y otro convencional (turbina Rushton estándar). Los resultados obtenidos mediante las simulaciones se validaron con mediciones experimentales de potencia. El estudio se realizó en un tanque agitado con bafles operando en el régimen turbulento, del cual se obtuvo a través de las simulaciones, el parámetro de macro mezclado, de número de potencia. En el sistema experimental se utilizó un mineral de Fresnillo en una concentración de 20% en sólidos en una solución de tiourea. La cuantificación de los metales extraídos, oro, plata y cobre, fue realizada por análisis químico en un Espectrofotómetro de Absorción Atómica, y la morfología de los sólidos sin reaccionar a través de Microscopia Electrónica de Barrido, con el fin de evaluar el desempeño de cada impulsor en la extracción de plata contenida en minerales refractarios o de baja ley. De los resultados experimentales se observa un mejoramiento en el proceso de extracción de plata con el sistema de agitación equipado con el disco Norstone®, el cual es similar al obtenido mediante un tratamiento con ondas ultrasónicas. Los resultados de la simulación fueron utilizados para explicar este fenómeno. Se determinó que, a una misma potencia inyectada, el disco Norstone® induce una mayor disipación de energía alrededor de su volumen barrido, esto con respecto a la Turbina Rushton. Esta diferencia entre las potencias inyectadas por cada impulsor, se traduce también en un incremento en los niveles de extracción de plata cuando se utiliza el disco Norstone.