Scielo RSS <![CDATA[Ingeniería mecánica, tecnología y desarrollo]]> http://www.scielo.org.mx/rss.php?pid=1665-738120140001&lang=pt vol. 4 num. 6 lang. pt <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.org.mx/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.org.mx <![CDATA[Editorial]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-73812014000100001&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt <![CDATA[<b>High Momentum Flow Region and Central Recirculation Zone Interaction in Swirling Flows</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-73812014000100002&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt 'Fuel-flexible' gas turbines will be required over the next 20 years at least. However, this contrasts with recent experiences of global operators who report increasing emissions and difficult combustion dynamics with even moderate variations in the fuel supply. Swirl stabilized combustion, being the most widely spread technology to control combustion in gas turbines, will be a technology needed for dynamic stabilization of the flow field. However, the features of the recirculation zone are highly complex, three dimensional and time dependent, depending on a variety of parameters. A high momentum flow region inherent to swirling flows has attracted the attention of several groups interested in blowoff and stretch flame phenomena. Therefore, this study focuses on experimental results obtained to characterise the relation between the central recirculation zone and the high momentum flow region under moderate swirl levels using a well-studied tangential swirl burner for power generation applications. As to be expected the recirculation zone and the high momentum flow region rotate together about the central axis. Moreover, the interaction between them produces high, intense local velocities. This region of High Momentum (shearing flow) also presents a complex geometry that seems to be based on the geometrical features of the burner, different to previous findings on the burner where the system was thought to have a unique shearing flow region. The high three dimensional interaction of these structure is confirmed at the point where the precessing vortex core losses its strength.<hr/>Las turbinas con alta flexibilidad serán requeridas en los próximos 20 años. Sin embargo, esto contrasta con las experiencias recientes que los operarios han reportado en cuanto al incremento de emisiones y las inestabilidades de combustión, incluso con moderadas variaciones en la composición del combustible. Combustión estabilizada con flujos giratorios es una tecnología ampliamente utilizada para control de la combustión en turbinas de gas, y por ende será una tecnología que será utilizada para la estabilización de la dinámica de estos flujos. Una región de alto momento inherente a estos flujos giratorios ha atraído la atención de varios grupos de investigación interesados en los fenómenos de reflujo y desprendimiento de flama. Es por ello que este estudio se enfoca en resultados experimentales obtenidos para caracterizar la relación entre la zona central de recirculación y la zona de alto momento considerando moderados niveles de giro usando un sistema de inyección de flujo tangencial utilizado para generación de potencia. Como era esperado, ambas estructuras giran juntas alrededor del eje central del sistema. Además, la interacción entre ellas produce velocidades locales muy intensas y elevadas. Esta región de alto momento (flujo cortante) también presenta una geometría muy compleja que parece estar basada en la geometría del quemador, lo cual es diferente a los hallazgos realizados con anterioridad en este sistema. La alta tridimensionalidad e interacción de estas estructuras es confirmada a un punto en el cual el vórtice central pierde su fuerza. <![CDATA[<b>Estudio Experimental de la Reducción de Fricción en la</b> <b>Conducción de Fluidos usando Surfactantes</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-73812014000100003&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Se realizó una investigación experimental con disoluciones agua-surfactante, con el fin de analizar la influencia del uso de estos aditivos en la reducción de fricción durante la conducción de líquidos en tuberías. Se probaron tres tipos de surfactantes: aniónico, catiónico y no-iónico. Se diseñó y construyó una instalación experimental con una zona de pruebas de tubería de acrílico con un diámetro interno de 19 mm y una longitud de 5,700 mm. Las concentraciones de los surfactantes en las disoluciones fueron de 150, 250, 500, 750 y 1,000 ppm, preparados de acuerdo con un programa experimental que tomó en cuenta la cantidad y tipo de aditivo agregado en diferentes flujos másicos de líquido. Las pérdidas de presión se compararon contra las que se obtienen cuando fluyen los mismos flujos de agua por la instalación. Los resultados experimentales que se obtuvieron muestran una reducción en la fricción hasta del 44.3 % a un Re=6,851 (que corresponde a un Re=11,243 sin adición de surfactantes) y a una concentración de 250 ppm de cloruro de cetil trimetil de amonio, al que se le agregaron100 ppm de salicilato de sodio (NaSal) como estabilizador para la micro estructura del surfactante, que se aplica solo a surfactantes de tipo catiónico. Los resultados son prometedores pero quedan por estudiar algunos aspectos como la mejor forma de inyectar y recuperar los surfactantes, el mezclado más eficiente, los mecanismos que producen la reducción de fricción y el efecto de la temperatura entre otros.<hr/>The experimental results of the water-surfactants dissolution in the drag reduction during the liquid conduction in pipes are presented. An experimental research with water-surfactant mixtures flows was undertaken, three types of surfactants were tested: anionic, cationic and non ionic. An experimental set up was designed and built; the test section was a cylindrical plexiglass 19 mm internal diameter pipe whose length was 300 D. The surfactant concentrations in the mixtures were 150, 250, 500, 750 and 1,000 ppm, added according to an experimental program which considered the quantity and type of additive supplied in different liquid mass flow rates. The experimental pressure drop was compared against the ones obtained with the same water flow rates used in the experimentation. A drag reduction around 44.3 % was attained for a Re = 6,851 (Re = 11,243 without surfactant addition), corresponding to a water solution with 250 ppm of cetyl trimethyl ammonium chloride with 100 ppm of Sodium Salicylate as a stabilizer. Experimental results are promising but there are still some questions waiting for a response like: the way to inject and recover surfactants, mechanisms which produce the drag reduction, and the temperature effect, among others. <![CDATA[<b>Solution of the Inverse Bio-Heat Transfer Problem for a Simplified Dermatological Application</b>: <b>Case of Skin Cancer</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-73812014000100004&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt In this investigation, a numerical procedure, based on the Boundary Element Method coupled with the Simulated Annealing technique, has been used for estimating thermo-physical and geometrical parameters of very small hypothetical skin tumors using a surface temperature profile. For this, it was assumed that the thermo-physics of the yet-to-be detected cancerous lesion is described by Pennes' model with homogeneous perfusion and metabolism before necrosis. Several results are presented for tumors of Clark levels II-IV to illustrate the generality of the methodology. Different levels of noise have been imposed in the temperature fields obtained in the direct problem in order to simulate the input experimental temperature fields. The bio-heat transfer model has been solved in steady state simulating a state of extremely rest, which is the condition of a patient during a clinical trial.<hr/>En esta investigación se ha implementado una técnica numérica fundamentada en el acoplamiento del método de elementos de frontera con la técnica de templado simulado, con la finalidad de resolver el problema inverso de transferencia de calor para una aplicación dermatológica. La minimización de la función objetivo se ha dirigido hacia la posibilidad de estimar parámetros termo-físicos y geométricos de tumores hipotéticos muy pequeños alojados en el tejido de la piel (tumores con niveles de profundidad < 3 mm). La investigación considera que el proceso de transferencia de calor en los tejidos de la piel y el tumor puede describirse por el modelo de bio-transferencia de Pennes bajo la consideración de metabolismo y perfusión sanguínea homogéneos, previo a la etapa de necrosis por parte del tumor. Debido a la falta de información experimental, la solución del problema inverso se ha llevado a cabo utilizando campos superficiales de temperatura contaminados con diferentes niveles de ruido con el fin de simular la distribución de temperatura que se obtendría in-situ por un equipo termográfico durante una prueba clínica. La convergencia hacia los valores esperados ha mostrado la generalidad de la técnica en diferentes casos de estudio. <![CDATA[<b>Implementation of a microchannel manufacturing system</b> <b>based on micro-Electro Discharge Machining</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-73812014000100005&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt This document presents a micromanufacturing system by micro electro discharge machining (µEDM). The system implements a resistor capacitor oscillator (RC oscillator) as a power source for the material removal process. The architecture of the machine allows an operation that combines features of the conventional plunge electrical discharge machining process with a lateral motion of the oscillating electrode to produce micro channels. High precision linear stages actuated by micro stepping motors were used for tool displacement. A mechanical electrode holder, capable of oscillation, was developed to improve both flushing of sediments and the overall material removal rate. Tool motion was controlled using an open source machine control, LinuxCNC. The gap control methodology for process continuity was implemented using a gap monitor based on the voltage difference between the electrode and the working piece. The system was used to manufacture microchannels of 290 µm width, 50 µm depth and several millimeters long in A36 steel (96.9 HRB) using a brass electrode with a 254 µm diameter. The control system was used in two different machine configurations, thus proving the portability of the proposed design.<hr/>El presente trabajo presenta un sistema para manufactura en metales conductores utilizando micro maquinado por electro erosión. El sistema está basado en un circuito oscilador resistivo-capacitivo que produce las descargas eléctricas para la remoción de material. El diseño del control propuesto y de la estructura mecánica de la máquina combina las capacidades de electro erosión convencional para penetrar materiales conductores, con un movimiento lateral del electrodo, permitiendo la generación de micro canales. Guías lineales de precisión con motores a pasos fueron empleadas para el posicionamiento de la herramienta de trabajo. Un porta electrodo con capacidad de oscilación fue desarrollado para mejorar el desempeño del sistema. El porta electrodo facilita la expulsión de partículas residuales durante el proceso. El sistema de control computarizado empleado está basado en una distribución libre de Linux específica para control de máquinas herramientas (LinuxCNC). El control de espaciamiento necesario para la continuidad del proceso fue implementado mediante el monitoreo del voltaje electrodo-pieza. Microcanales de 290 µm de ancho, 50 µm de profundidad y decenas de milímetros de largo fueron manufacturados como pruebas de validación en acero A36 (96.9 HRB) utilizando electrodos de latón de 254 µm de diámetro. El control fue utilizado en dos diferentes configuraciones de máquina, probando la portabilidad del diseño propuesto. <![CDATA[<b>Mechanical Characterization of Femoral Cartilage Under</b> <b>Unicompartimental Osteoarthritis</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-73812014000100006&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt The aim of this study was to determine the mechanical properties and thickness of articular cartilage in the unaffected femoral regions in cases of unicompartimental osteoarthritis on the knees. The specimens were tested using a 3mm plane-ended cylindrical indenter and a displacement of 0.5mm was applied at specific points in seven femoral knee cartilages with unicompartimental osteoarthritis. The thickness, stiffness, elastic modulus, shear modulus and bulk modulus were obtained. These properties and thickness were compared with those reported from previous studies. Our findings showed that mechanical properties reported herein present a major magnitude (up to 53%) than those from the previous studies on healthy cartilage. However, the thickness reported in previous studies is larger (up to 69%) than the thickness measured in cartilage specimens of this work. In addition, results showed that analyzed points related to the displacement line in the kinematic flexion axis of the compartments, have significantly (p<0.05) similar thickness and elastic, shear and bulk modulus. Mechanical properties reported into this work for knees with unicompartimental osteoarthritis could be used to analyze cases of unicompartimental knee arthroplasty by means of numerical simulation and to predict the biomechanics behavior of the joint.<hr/>El objetivo de esta investigación fue determinar las propiedades mecánicas y el espesor de cartílago articular en regiones femorales no afectadas en casos de osteoartritis unicompartimental de rodilla. Se realizaron pruebas en los especímenes utilizando un indentador cilíndrico plano de 3mm de diámetro y se aplicó un desplazamiento de 0.5mm en puntos específicos de cartílago femoral de siete rodillas con osteoartritis unicompartimental. Se obtuvieron el espesor, la rigidez, el módulo elástico, modulo cortante y volumétrico. Estas propiedades y espesores fueron comparados con trabajos previos de otros autores para cartílago sano. Los resultados mostraron que las propiedades mecánicas obtenidas en este trabajo para cartílago articular con osteoartritis unicompartimental presentan una mayor magnitud (hasta 53%) respecto a las obtenidas para cartílago sano en trabajos previos. Sin embargo, se encontró que el espesor de cartílago reportado para cartílago sano es mayor (hasta 69%) que el medido en los especímenes de este trabajo. Adicionalmente, los resultados mostraron que los puntos de análisis correspondientes a la línea de desplazamiento en el eje de flexión cinemática de los cóndilos presentan una significativa (p<0.05) similitud en espesor y módulos elástico, cortante y volumétrico. Las propiedades mecánicas obtenidas en este trabajo para cartílago de rodilla en casos de osteoartritis unicompartimental pueden ser utilizadas para analizar la artroplastia unicompartimental de rodilla a través de simulación numérica y predecir el comportamiento biomecánico de la articulación.