memoria del congreso internacional de mantenimiento industrial 2013

Congreso Internacional de Mantenimiento Industrial Baha de Banderas 2013

Universidad Tecnolgica de Baha de Banderas Pgina I

C. Roberto Sandoval Castaeda GOBERNADOR CONSTITUCIONAL DEL ESTADO LIBRE Y SOBERANO DE NAYARIT

Lic. Jos Trinidad Espinoza Vargas SECRETARIO GENERAL DE GOBIERNO DEL ESTADO LIBRE Y SOBERANO DE NAYARIT CONSEJO DIRECTIVO Ing. Marco Antonio Ledesma Gonzlez PRESIDENTE DEL CONSEJO Y SECRETARIO DE EDUCACIN DEL ESTADO

Ing. Gerardo Siller Crdenas CONSEJERO PROPIETARIO Y SECRETARIO DE FINANZAS DEL ESTADO

Lic. Hctor M. Bjar Fonseca CONSEJERO PROPIETARIO Y COORDINADOR ESTATAL DE UNIVERSIDADES TECNOLGICAS

Ing. Hctor Arreola Soria CONSEJERO PROPIETARIO Y COORDINADOR GENERAL DE UNIVERSIDADES TECNOLGICAS

Profr. Efran Moreno Arciniega CONSEJERO PROPIETARIO Y TITULAR DE LA OSFAE

Lic. Francisco Crdenas Macas CONSEJERO PROPIETARIO DEL SECTOR PRODUCTIVO

C. Heriberto Pineda Bautista CONSEJERO PROPIETARIO DEL SECTOR PRODUCTIVO

Ing. Juan Vela Ruiz CONSEJERO PROPIETARIO DEL SECTOR PRODUCTIVO

C. Rafael Cervantes Padilla CONSEJERO PROPIETARIO Y PRESIDENTE MUNICIPAL DE BAHA DE BANDERAS

Lic. Jos Quiones Arechiga CONSEJERO PROPIETARIO

Lic. Miguel Alberto Delgado COMISARIO DEL CONSEJO

DIRECTORIO Lic. Jos Gmez Prez RECTOR

Ing. Guillermo Merino Torres SECRETARIO ACADMICO

MANCP. Luis Octavio Gallardo Arcega DIRECTOR DE DIVISIN INGENIERAS COORDINACIN DEL PROYECTO: MANCP. Luis Octavio Gallardo Arcega MER. Luis Martn Dibene Arriola MER. Vctor Messina Lpez DISEO DE PORTADA: TSU Omar Rafael Mendoza Montiel

Editorial: Universidad Tecnolgica de Baha de Banderas Direccin de la Editorial: Boulevard Nuevo Vallarta No. 65, Nuevo Vallarta, Baha de Banderas, Nayarit, Mxico Cdigo Postal: 63732 Telfono: 322 226 8300 www.utbb.edu.mx Ttulo de la de la obra original: Memoria del Congreso Internacional de Mantenimiento Industrial 2013 ISBN: 978-607-96137-2-3 Primera Edicin: Septiembre 2013 Este libro es de carcter gratuito en su versin digital Derechos Reservados: Universidad Tecnolgica de Baha de Banderas


Universidad Tecnolgica de Baha de Banderas Pgina II

PRESENTACIN

En un momento de crisis econmica y ambiental sin precedentes en todo el mundo, los pases se enfrentan a la necesidad de cambios radicales (en sus sistemas de energa y mercados). La emisin incontrolada de bixido de carbono a la atmsfera a travs de la quema ineficiente y desperdicio de combustibles fsiles es una prctica histrica que tiene que llegar a su fin.

Hay confianza en que los combustibles fsiles sern eventualmente sustituidos por sistemas de energa con cero emisiones de carbono o con muy bajas emisiones, y aunque es evidente que la transicin a un sistema de energa baja en carbono ser larga, perjudicial y muy costosa, en caso de no hacerla (debido al carcter finito de los combustibles fsiles), los costos en trminos econmicos y sobre las condiciones ambientales seran an mayores.

Es poco conocido el hecho de que nuestra infraestructura energtica existente es innecesariamente ineficiente y que hay un enorme potencial para la obtencin de energa a travs de las iniciativas de recuperacin y reciclaje y para aprovechar de mejor manera la energa que se recibe, y de la cual, el mantenimiento es un factor de gran peso. En efecto, la adopcin de la energa renovable no tiene sentido si no va acompaada de una mejora de gran alcance de la eficiencia energtica. En otras palabras, no tiene mucho sentido enfocarse en la generacin de energa ms sostenible si seguimos utilizando esa energa de manera no sostenible. Este desperdicio se acept cuando el combustible fsil era barato y abundante (y el calentamiento global relativamente desconocido). Hoy la situacin no podra ser ms diferente y la necesidad de cambiar ms urgente. No se puede hacer mucho para hacerse la conversin de energa ms eficiente. Sin embargo, lo que puede y debe suceder es la recuperacin de la energa (perdida en forma de calor) en este proceso y volver a utilizar para otros fines.

En virtud de lo anterior y congruentes con la idea mundial de promover modelos de desarrollo econmico sustentables, basados en la generacin de energas renovables, eficiencia energtica y un adecuado mantenimiento, la Universidad Tecnolgica de Baha de Banderas organiz el CONGRESO INTERNACIONAL DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL 2013, evento que conjunt a ms de 600 expertos expositores, investigadores, maestros y alumnos, interesados en estos temas. El presente libro es el resultado de los trabajos de dicho congreso, en el que se plasman los trabajos ms destacados y que sin duda ser de enorme apoyo en el proceso educativo de los estudiantes de todas las universidades.

Lic. Jos Gmez Prez RECTOR DE LA UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE BAHA DE BANDERAS


Universidad Tecnolgica de Baha de Banderas Pgina III

CONTENIDO

1. Captacin de la Irradiancia en Mxico para la Aplicacin de Energa Solar ................ 5

2. Evaluacin de la capacidad de captacin de radiacin solar de un deshidratador corrigiendo el ngulo de inclinacin en el colector. ................................................. 14

3. Simulacin numrica de una inclusin no metlica en ensayos de fatiga en flexin rotativa .................................................................................................................... 24

4. Irradiacin en Morelia, Michoacn, Recurso Disponible para Integrar Sistemas Fotovoltaicos. .......................................................................................................... 32

5. Determinacin y Anlisis de las propiedades mecnicas a la tensin del acero AISI SAE 5160H utilizado en la fabricacin de muelles semielipticas ............................... 44

6. Caracterizacin de un sistema de absorcin energizado mediante energa solar..... 56

7. Monitoreo de condicin, en el anlisis de un sistema elctrico industrial ............... 67

8. Ahorro de energa elctrica a partir del ahorro de agua en la UTBB ........................ 79

9. Evaluacin estructural de un edificio de mampostera ............................................ 91

10. Evaluacin de un refrigerador solar intermitente para produccin de hielo con diversos evaporadores ........................................................................................... 103

11. Calidad de la energa en sistemas fotovoltaicos funcionando en la modalidad tipo isla 112

12. Estudio del potencial de aplicacin de la energa solar fotovoltaica en el Estado de Coahuila ............................................................................................................ 124

13. Desarrollo de aplicaciones mviles y NUI, para el control de accesos e iluminacin en el hogar .......................................................................................... 136

14. Colector solar parablico para mltiples aplicaciones ........................................... 148

15. Metodologa para la Automatizacin de una Planta de Biodisel .......................... 160

16. Anlisis mediante Elemento Finito y simulacin MonteCarlo de una estructura para la obtencin de las distribuciones de esfuerzos ............................................. 171

17. Anlisis de falla y estadsticos para la implementacin de un programa de mantenimiento ...................................................................................................... 183


Universidad Tecnolgica de Baha de Banderas Pgina IV

18. Propuesta de prototipo de sistema de elevacin para husillo de mquina CNC ..... 196

19. Diseo y desarrollo de un robot hexpodo para el aprendizaje de la Mecatrnica 203

20. Mantenimiento Autnomo como estrategia para eficientar los procesos productivos ............................................................................................................ 214

21. Control y Monitoreo de Giro de Motor a Pasos con Acelermetro DE-ACCM2G a travs de Instrumentacin Virtual ......................................................................... 224

22. Desarrollo de un robot-soccer controlado mediante interfaz de conexin bluetooth con dispositivos Android ....................................................................... 234

23. Control de Potencia Activa Mediante un Compensador Vectorial Serie en una Lnea de Transmisin ............................................................................................. 246

24. Anlisis Trmico de Tanques para Calentadores de Agua. ..................................... 259

25. Estudio de la calidad de la energa como herramienta para la obtencin de la certificacin ISO 50001 aplicado a una planta papelera ......................................... 269

26. Control de Velocidad para un Motor de Imanes Permanentes ............................... 281

27. Anlisis de turbinas elicas de eje vertical con labes helicoidales y perfil alar asimtrico .............................................................................................................. 293

28. Anlisis de depreciacin de iluminacin con Tecnologa LED para Aula a un ao ... 302

29. Anlisis de Confiabilidad de Sistemas Elctricos de Distribucin utilizando Mtodo de Monte Carlo y Analtico ....................................................................... 314

30. Diseo y construccin de instalacin experimental para el estudio del comportamiento de turbinas elicas de Eje Vertical. ............................................. 326

31. Desarrollo y Caracterizacin de Material Compuesto Matriz Polimrica reforzado con Fibra de Yute en sustitucin de la Fibra de Vidrio ........................................... 333

32. Algoritmo Desacoplado Rpido en la formacin de curvas P- V para determinar la mxima transferencia de potencia en un Sistema Elctrico ............................... 346

33. Termografia aplicada a ensayos mecnicos de tensin .......................................... 358

34. Sistema fotovoltaico interconectado a la red de 3.6 KWp...................................... 368


Universidad Tecnolgica de Baha de Banderas Pgina 5

Captacin de la Irradiancia en Mxico para la Aplicacin de Energa Solar

1Yazmani Garca Ortiz 2Set Vejar Ruiz 3Guillermo Gutirrez Almaraz 1, 2,3 Universidad Politcnica de Zacatecas Plan de Pardillo S/N, Parque Industrial,

Fresnillo, Zacatecas, 99059. Mxico 1 [email protected], 2 [email protected], [email protected]

Resumen Mxico cuenta an con reservas de hidrocarburos, probadas segn reportes oficiales

para 30 aos ms [1], sin embargo debido a la mala gestin, los aos de duracin

pueden ser pocos, la diversificacin energtica es necesaria por varios motivos

principales: existen aspectos tcnicos y econmicos que limitan el volumen de

hidrocarburos que se puede extraer del subsuelo, y hay un aumento en el costo del

barril a medida que se hace ms compleja la extraccin [2].

Pensando en el desarrollo sustentable, se presenta el presente trabajo basado

especficamente en la captacin de la energa solar en nuestro pas debido a las

bondades que presenta dicho recurso en la mayora de la Repblica Mexicana, motivo

por el cual se realiza un estudio de los estados que muestran un mayor ndice de

irradiancia para que de esta manera, se muestre el porque se considera que nuestro

pas tiene un alto potencial en energa solar.

Palabras clave Energa solar, Posicionamiento Solar, Irradiancia.

1. Introduccin La irradiacin solar global en Mxico en promedio es de 5 kWh/m, pero en algunas

regiones del pas se llega a valores de 6.3 kWh/da/m. Suponiendo una eficiencia del

15%, bastara un cuadrado de 25 km de lado en el desierto de Sonora o Chihuahua



para generar toda la energa elctrica que requiere hoy en da el pas. Por ello, el

potencial tcnico se puede considerar prcticamente infinito [3].

El Estado de Zacatecas tiene un promedio de energa solar aprovechable de

4.65 kWh/m2, pero en la regin norte del Estado se recibe de 6 a 6.5 kWh/m2, uno de

los ms altos valores de irradiancia a nivel mundial [4], sin embargo existen zonas al

noroeste del pas que cuentan con un mayor ndice de irradiancia, lo cual lo se muestra

en la figura 1.

Figura 1. Mapa de irradiacin solar global diaria kWh/m2 [5]

La parte superior de la atmsfera recibe una cantidad de energa solar

equivalente a 1,353 W/m2, parmetro que se conoce como insolacin o constante solar.

Sin embargo, debido a que en un momento dado slo la mitad de la esfera terrestre se

encuentra expuesta a la radiacin solar, se valor suele dividirse a su cuarta parte, para

obtener as una radiacin incidente promedio de 342 W/m2 [6].



La Tierra describe un movimiento de traslacin alrededor del Sol segn su rbita

elptica en la que ste ocupa uno de los focos. El eje polar, sobre el que gira la tierra,

est inclinado respecto del plano de la eclptica un ngulo de 23.450 figura 2.

Figura 2. Movimiento elptico de la Tierra alrededor del Sol [6].

Debido a esta inclinacin y a la traslacin de la Tierra, el ngulo formado por el

plano ecuatorial de la Tierra con la recta imaginaria que une los centros del Sol y la

Tierra, denominada declinacin solar (), vara entre 23.450 (solsticio de verano) y -

23.150 (solsticio de invierno) [7].

Como consecuencia de la variacin de la declinacin solar el ngulo con que los

rayos solares inciden sobre la superficie terrestre ser mayor o menor dependiendo de

la poca del ao y de la latitud L del lugar. La perpendicularidad de los rayos solares,

para una misma latitud L, es mayor en verano que en invierno. Por este motivo, la

energa total incidente es muy superior en verano que en invierno.

As mismo, los rayos inciden con menor perpendicularidad a medida que

aumenta, en valor absoluto, la latitud del lugar.



2. Desarrollo El trabajo desarrolla un anlisis del posicionamiento solar, esto con base en datos

proporcionados por el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrcolas y

Pecuarias (INIFAP), mostrando la viabilidad de dicho recurso, para ello se muestra un

anlisis del comportamiento solar a lo largo de un ao y en base a eso se verific el

promedio de irradiancia diaria de algunos estados que muestran un mayor ndice.

Posteriormente se realiz un estudio para verificar la informacin obtenida del

INIFAP, el cual se aplic en la ciudad de Fresnillo, Zacatecas, para lo cual se dise un

dispositivo que permite el uso de un par de piranmetros para mayor seguridad de los

datos registrados, los cuales estn debidamente calibrados, en dicho dispositivo se

colocan los piranmetros al ras de la superficie, los cuales son enfocado por

colimadores, de tal manera, que pueda recibir de manera directa los rayos de luz

determinando as la irradiancia total, el tercer colimador se coloca para verificar que se

est tomando el ngulo adecuado eligiendo como referencia la ley de Snell, que

menciona que el ngulo de un rayo incidente sobre una superficie, es igual al ngulo del

rayo reflectado figura 3.

Figura 3. Aparato diseado para la medicin de la irradiancia.



Finalmente, se muestra un comparativo entre nuestro pas y Espaa, que es lder

en Europa y el mundo en aplicacin de energa solar.

3. Resultados Mediante los datos proporcionados por el INIFAP, se puede corroborar que el uso de la

energa solar en Mxico Tabla 1.

Tabla 1. Irradiancia promedio anual en los principales estados de Mxico.

La figura 4, permite ver que en los Estados de la Repblica Mexicana, el

promedio de ninguno esta por debajo de los 5 kWh/m2 , es decir, estan por ecima del

promedio que menciona el instituto de energas elctricas IIE [8].

Figura 4. Irradiancia de los Estados Estudiados.

6 5.9 5.85.6 5.6 5.5

5.9

5.35.5

PROMEDIO

Muestra de Irradiancia de Mxico

SONORA CHIHUAHUA ZACATECAS

GUANAJUATO JALISCO BAJA CALIFORNIA

QUERETARO OAXACA PUEBLA



En la verificacin realizada en la Ciudad de Fresnillo, Zacatecas se obtuvo una

irradiancia promedio de 5.5 kWh/m2 figura 5, la variacin puede radicar en la medicin,

ya que an y cuando los piranmetros estn bien calibrados, el aparato de medicin

diseado puede tener errores, sin embargo es muy aproximado al proporcionado por el

INIFAP.

Figura 5. Irradiancia obtenida en la ciudad de Fresnillo Zacatecas para validacin de datos del INIFAP.

Claramente podemos observar en la tabla anterior que el mes de Enero es en el

que recibimos menor cantidad de radiacin solar; aunque en ese mes la distancia de la

tierra respecto al sol no es la mxima, el ngulo de inclinacin de la Tierra provoca que

precisamente en esa poca del ao los rayos solares no lleguen directamente al

hemisferio norte (regin donde se encuentra Mxico), teniendo el invierno en esta zona

del planeta y el verano en el hemisferio sur.

Lo contrario pasa en el mes de Mayo cuando en Mxico se tiene el mes de

mxima irradiancia, a pesar de que en esta poca del ao se tiene la distancia mxima

entre la Tierra y el Sol, la inclinacin de la Tierra respecto al plano solar permite que los

rayos solares peguen directamente en el hemisferio norte teniendo el verano en esta

regin del planeta y el invierno en el hemisferio sur.



En un comparativo general de Mxico vs Espaa, que es lder en trabajar la

energa solar en Europa y el Mundo, se muestra que el pas Europea divide en 5

regiones la irradiancia solar figura 6, sin embargo la zona 5 que corresponde a lugares

con irradiancia mayor a 5 kWh/m2, es muy pequea comparada con nuestro pas, que

como vimos anteriormente, el promedio de los Estados estudiados est por encima de

dicha cantidad.

Figura 6. Divisin solar de Espaa [9].

4. Conclusiones El anlisis mostrado es aplicable para cualquier Estado de la Repblica Mexicana

basndose en datos del INIFAP.



El recurso solar disponible es enorme, y para darnos una idea de que tan grande puede

llegar a ser; la energa solar que recibe la tierra en un ao es equivalente a ms de diez

mil veces al consumo energtico en todo el mundo. Por esta razn es importante

empezar a explotar este recurso natural inagotable para satisfacer las necesidades del

pas y dejar de ser consumidores de tecnologa.

Cabe resaltar que los estados analizados en este trabajo, son los que muestran mayor

viabilidad de la explotacin del recurso ya mencionado, sin embargo, estados ubicados

en el golfo de Tehuantepec, tambin pudieran ser aptos para esta aplicacin, aun

cuando su naturaleza indicara la aplicacin de energa elica.

Referencias [1] Reservas de hidrocarburos (2012). PEMEX

Extrado el 6 de mayo de 2013 desde: http://www.ri.pemex.com/index.cfm?action=content&sectionID=134&catID=12201#2011 [2] Taguea J, Martnez M (2009) Fuentes Renovables de Energa y Desarrollo

Sustentable, ADN Editores S.A de C.V Mxico DF.

[3] Vejar S, (2010) Desarrollo de un Sistema Fotovoltaico Hidrogeno- de Potencia para

la Generacin, Almacenamiento y uso Eficiente de la Energa, Tesis doctoral,

UNAM Mxico.

[4] Plan Estatal de Desarrollo de Zacatecas 2011-2016.

Extrado el 13 de abril de 2013 desde

http://transparencia.zacatecas.gob.mx/sites/transparencia.zacatecas.gob.mx/files/tran

sparencia/09%20Zacatecas%20Moderno.pdf

[5] Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrcolas y Pecuarias.

Extrado el 14 de abril del 2013 desde

http://www.inifap.gob.mx/SitePages/default.aspx

[6] Snchez M.A (2011) Energa Solar Fotovoltaca, Editorial Limusa S.A de C.V. Grupo

Noriega Editores, Mxico.

[7] Gonzlez J, 2010, Energas Renovables, Editorial Revertet, Espaa.



[8] Instituto de Investigaciones Elctricas.

Extrado el 30 de abril del 2013 desde

http://vmwl1.iie.org.mx/sitioIIE/sitio/indice.php

[9] Centro de Investigacin Energtica, Medioambientales y Tecnolgicas.

Extrado el 3 de mayo del 2013 desde

http://www.energiasrenovables.ciemat.es/



Evaluacin de la capacidad de captacin de radiacin solar de un deshidratador corrigiendo el ngulo de inclinacin en el colector.

Miguel Agustn Heredia Vzquez1 Alma Teresa Miranda Quirz2 Julio Vargas Medina3 1 PTC carrera de Energas Renovables - Universidad Tecnolgica de Morelia Av.

Vicepresidente Pino Suarez #750 Cd. Industrial Morelia, Mich.

58200. Mxico [email protected]

2 PTC carrera de Biotecnologa - Universidad Tecnolgica de Morelia [email protected]

3Profesor Asociado A Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo Av.

Francisco J. Mujica S/N Ciudad Universitaria, Morelia, Michoacn

58030. Mxico. [email protected]

Resumen La presente investigacin tiene como propsito realizar un estudio comparativo

evaluando la capacidad de captacin de radiacin solar por un deshidratador. El estudio

consisti en evaluar las temperaturas del aire medidas en la salida del colector solar de

un deshidratador con dos ngulos de inclinacin diferentes, uno al azar y otro

determinado mediante geometra solar. Para este ltimo, se utiliz un software que

determina el ngulo de inclinacin para el colector en el cual capta la mayor radiacin

disponible, de acuerdo a la ubicacin del emplazamiento. De acuerdo a los resultados

obtenidos, se determin que la temperatura del aire se incrementa cuando el colector

se coloca al ngulo adecuado, determinado por software. Los resultados obtenidos

reflejan que realizando el clculo y determinacin de la orientacin y ngulo de

inclinacin adecuados, para cualquier superficie plana fija que requiera captar radiacin,

se optimiza al mximo la captacin de la energa solar disponible.

Palabras claves Deshidratador solar, geometra solar, ngulo de inclinacin, METEONORM.



1. Introduccin

La deshidratacin o secado (Pedro, 2001) es una tcnica de conservacin de alimentos

utilizada desde tiempos remotos que, adems de proporcionar un ambiente difcil para

el crecimiento microbiano, reduce los costos de transporte y almacenamiento por la

disminucin del peso y volumen de los productos. Aunque en la actualidad se practican

diferentes tcnicas de secado, el secado al Sol, utilizado desde la antigedad, sigue

siendo una opcin viable, econmica y sencilla, tanto a escala familiar como en grandes

producciones agrcolas. ste es uno de los usos ms importantes del calor solar ya que

permite tratar una gran variedad de alimentos.

El objetivo ms importante en la seleccin de emplazamientos para instalaciones

solares (Castell, 2012), es maximizar la captacin de energa para reducir el costo de

produccin. La situacin ms usual, es aquella en la que es necesario determinar la

produccin energtica en sitios donde no han sido realizadas las mediciones de

energa. La obtencin de los datos de energa disponible se torna un proceso largo o

engorroso; las mediciones individuales y de forma manual requieren de tiempos muy

prolongados para ser confiables, o el recurrir a instancias especializadas en el ramo

(estaciones meteorolgicas, servicios meteorolgicos etc.) recae en la recopilacin de

muchos y variados documentos que implica el tedioso trabajo de concentracin y

ordenamiento de datos para su utilizacin.

Los sistemas basados en energa renovables requieren de la determinacin

precisa y puntual de la disponibilidad energtica del sitio proyectado (Jutglar, 2004), de

ah radica la eficiencia y factibilidad del proyecto. En el caso de la energa solar,

donde una superficie plana requiere captar el mximo de radiacin (Kalogirou, 2009), es

de vital importancia determinar la orientacin geogrfica y la inclinacin respecto a la

horizontal, en la cual captar la mayor energa solar disponible.



2. Desarrollo

Este estudio considera la deshidratacin de fresa, en un deshidratador solar. En una

primera fase, se utiliz con el ngulo de inclinacin de 23 del colector respecto a la

horizontal (tal como fue diseado anteriormente).

Figura 1. Deshidratador solar con ngulo de inclinacin de 23 en el colector.

En una segunda etapa, se corrigi el ngulo de inclinacin en el colector a 15,

segn la geometra solar y de acuerdo a la latitud, longitud y altura sobre el nivel del

mar (a.s.n.m.) correspondiente al lugar de pruebas, que en ste caso es la Universidad

tecnolgica de Morelia, utilizando software.

Figura 2. Deshidratador solar con ngulo de inclinacin de 15 en el colector.



El estudio consiste en comparar y evaluar las mediciones de las temperaturas del

aire obtenidas a la salida del colector, que es el fluido que se utiliza en la torre para

llevar a cabo el proceso de deshidratacin, entendindose por deshidratacin (Pedro,

2001) a la operacin mediante la cual se elimina total o parcialmente el agua de los

slidos, lquidos o gases que la contiene, dando lugar a operaciones unitarias como la

evaporacin, la adsorcin, etc.

Para la determinacin de la orientacin e inclinacin del colector adecuadas para

aprovechar al mximo la energa solar disponible en el emplazamiento, se utilizo el

software METEONORM, que es herramienta poderosa y amigable que facilita las

tareas de seleccin (Hberlin, 2012), determinacin y clculo de la energa disponible

en proyectos de energas renovables. Este software se basa en datos meteorolgicos

obtenidos en un periodo de 18 aos, en cualquier parte del mundo, lo que lo hace

bastante confiable, algunos de los parmetros medidos son: radiacin, temperatura,

humedad, velocidad y direccin del viento, duracin de la insolacin, temperatura

ambiente etc.

Figura 3. Ventana principal y ejemplo de reporte de parmetros de METEONORM .

Adems, es posible calcular la radiacin captada por una superficie plana,

variando su orientacin de 0 a 306 y su inclinacin de 0 (sobre la horizontal) hasta

90 (perpendicular a la horizontal), permitiendo seleccionar las unidades de medicin.



Figura 4. Interfaz de orientacin de superficie inclinada para clculo de parmetros en METEONORM.

Adicionalmente se puede elegir la frecuencia de medicin en horas, das, semanas,

meses, aos segn las necesidades del usuario en el manejo de la informacin.

3. Resultados

En esta seccin se muestran los resultados obtenidos de la evaluacin y comparacin

de las lecturas de temperatura del aire a la salida del colector.

En primer lugar se muestran los resultados obtenidos con el deshidratador

orientado hacia el Sur, y con una inclinacin en el colector de 23 respecto a la

horizontal, tal como fue diseado en un principio:

Tabla 1. Lecturas obtenidas por da y hora con el colector a 23 de inclinacin.

Primer deshidratada de fresa 17 abril termmetro 9 am 10 am 11 am 12 pm 1 pm 2 pm 3 pm salida 320c 380c 500c 570c 650c 580c 560c

segunda deshidratada de fresa18 abril termmetro 9 am 10 am 11 am 12 pm 1 pm 2 pm 3 pm salida 340c 410c 510c 600c 640c 600c 580c

tercer deshidratada de fresa 22 abril termmetro 9 am 10 am 11 am 12 pm 1 pm 2 pm 3 pm salida 350c 420c 530c 610c 640c 620c 580c



Graficando los valores se puede apreciar que la temperatura mxima alcanzada

fue de 65C a las 13:00 hrs. el da 17 de Abril, as como el promedio mximo de 64C a

la misma hora:

Figura 5. Grficas de Temperatura con el colector a 23 de inclinacin.

A continuacin se muestran los resultados obtenidos con el deshidratador

orientado hacia el Sur, y con una inclinacin en el colector de 15 respecto a la

horizontal, considerando los resultados del METEONORM, y haciendo una termogrfica

correspondiente a la ciudad de Morelia de una superficie plana variando su orientacin

de 0 a 360 y su inclinacin de 0 (sobre la horizontal) hasta 90 (perpendicular a la

horizontal), valores en porcentaje de captacin:

Figura 6. Termo grfica de radiacin en porcentaje de Morelia, Michoacn.

Las temperaturas fueron tomadas con el mismo instrumento. Cabe mencionar

que los das de experimentacin, ya con el nuevo ngulo, se presentaron con ms



nubosidad, lo que obviamente reduce la radiacin disponible. Las lecturas tomadas

fueron:

Tabla 2. Lecturas obtenidas por da y hora con el colector a 15 de inclinacin.

Graficando los valores se puede apreciar que la temperatura mxima alcanzada

fue de 92C a las 13:00 hrs. los das 9 y 14 de Mayo, as como el promedio mximo de

92C a la misma hora:

Figura 7. Grficas de Temperatura con el colector a 15 de inclinacin.

Primer deshidratada de fresa 9 mayo termmetro 9 am 10 am 11 am 12 pm 1 pm 2 pm 3 pm salida 420c 490c 630c 750c 920c 860c 650c

segunda deshidratada de fresa13 mayo termmetro 9 am 10 am 11 am 12 pm 1 pm 2 pm 3 pm salida 400c 460c 650c 750c 910c 460c 620c

tercer deshidratada de fresa 14 mayo termmetro 9 am 10 am 11 am 12 pm 1 pm 2 pm 3 pm salida 410c 480c 640c 760c 920c 840c 640c



Finalmente, graficando los promedios de las lecturas obtenidas con los dos

ngulos, tenemos:

Figura 8. Grficas de los promedios de Temperatura obtenidos con el colector a ambos ngulos de

inclinacin.

Se puede observar que, aun cuando se tuvo un da muy nublado en las lecturas

con el ngulo corregido, que fue el 13 de mayo entre las 13:00 y 14:00 hrs, el promedio

de todas las mediciones indica incremento en la captacin de radiacin.



4. Conclusiones Las diferencias en las lecturas registradas con el colector a dos ngulos de

inclinacin indican la captacin de energa solar aprovechada para calentar aire:

se logr elevar la temperatura promedio en 19.55%,

la temperatura mxima alcanzada en 29.25%,

y la temperatura mnima alcanzada en 20%.

El estudio demuestra que al considerar la geometra solar al determinar el ngulo

y la orientacin adecuados en una aplicacin de captacin de energa solar en una

superficie plana, se maximiza el aprovechamiento de la energa disponible, que en ste

caso, la inversin econmica para la mejora fue cero, en el caso de nuevos proyectos,

puede ser considerado desde el diseo, reduciendo sustancialmente los costos por

modificaciones.



Referencias Castell, X. E. (2012). Energas Renovables. En X. E. Castell, Energas Renovables

(pg. 627). Madrid, Espaa: Diaz de Santos.

Hberlin, H. (2012). Photovoltaics: System Design and practice. Chichester, United

Kingdom: Wiley.

Jutglar, L. (2004). Energa Solar. Barcelona: Ediciones Ceac.

Kalogirou, S. (2009). Solar energy engineering : processes and systems. Burlington, MA

01803, USA: Elseviers Science & Technology.

Pedro, F. M. (2001). Introduccin al secado de alimentos por aire caliente. Valencia,

Espaa: UPV.



Simulacin numrica de una inclusin no metlica en ensayos de fatiga en flexin rotativa

Mauricio Guzmn Tapia1, Vctor Hugo Zalapa Medina2, Jos Luis Campos Villafuerte3 1, 2,3 Universidad Tecnolgica de Morelia Ave. Vicepresidente Pino Suarez No. 750,

Ciudad Industrial, Morelia, Michoacn, 58200. Mxico [email protected], [email protected] , [email protected]

Resumen Este trabajo est enfocado a la simulacin numrica de una probeta con forma de reloj

de arena utilizada en ensayos de fatiga en flexin rotativa. Los resultados de la

simulacin son obtenidos por medio del programa de computacin ANSYS, para

determinar los valores numricos del esfuerzo y deformacin, as como de su

distribucin dentro de la probeta, como resultado de la seccin estrecha de la probeta y

de la fuerza aplicada.

Palabras claves Fatiga mecnica, Simulacin numrica, inclusiones no metlicas

1. Introduccin En los ltimos 30 aos industrias modernas como la automotriz, la aeronutica, la de

los trenes a alta velocidad, la produccin de energa, entre otras, han mejorado su

eficiencia en trminos de menor consumo de energa, gracias al desarrollo de nuevos

materiales y al mejoramiento de sus propiedades fsicas y mecnicas [1,2,3].

Con frecuencia en estas industrias, elementos mecnicos o sistemas soportan

cargas oscilantes que provocan fatiga mecnica. Bajo estas condiciones, es de

importancia capital llevar a cabo investigaciones sobre la resistencia a la fatiga para

prevenir catstrofes materiales y humanas.



La pertinencia de este proyecto se sustenta, entre otros factores, en los costos

econmicos que implican las fallas mecnicas, principalmente fallas por fatiga-fractura.

Un estudio realizado en los Estados Unidos hace algunos aos revelo que las prdidas

por fractura ascendieron a los 119 mil millones de dlares que era casi el 4% del

Producto Interno Bruto en ese ao [4]. Las fallas por fatiga implica varios ramos de la

ingeniera como los puentes a ingenieros civiles, los tractores a ingenieros agrnomos,

la vlvula de un corazn a un ingeniero bioqumico y una tubera nuclear a ingenieros

nucleares, entre otros.

2. Desarrollo Material de prueba: La tabla 1 (a) y (b) muestran la composicin qumica y las propiedades del material respectivamente. Las propiedades mecnicas no tienen

tratamiento trmico.

Tabla 1: Composicin qumica (a) y Propiedades mecnicas del acero AISI - SAE 1018 (b).

Composicin Qumica (%) C

Mn P (max) S (max)

0.15 - 0.20 0.60 - 0.90

0.04 0.05

a) b) Medidas de la probeta: Para llevar a cabo las pruebas, las probetas deben llevar las

dimensiones mostradas en la figura 1.

D0 = 4 mm , L = 12.0 mm Dimensiones en mm.

Figura 1. Dimensiones de la probeta.

NOTA: Estas dimensiones son estndares establecidos por normas Japonesas

Composicin Qumica (%) C

Mn P (max) S (max)

0.15 - 0.20 0.60 - 0.90

0.04 0.05



Modelo en ANSYS: La metodologa utilizada para le realizacin de la probeta en

ANSYS, es el siguiente:

1) Establecer el tipo de elemento, que para este caso es el SOLID, 20 node 186.

2) Realizar 6 Keypoints para tener la morfologa mostrada en la figura 2, hacer las

lneas correspondientes, el arco, rea y un espejo de la seccin para tener la seccin

longitudinal.

Figura 2.Seccin de la probeta de ensayos de tensin.

3) Realizar una revolucin a lo largo del eje y de 360, as como juntar los

volmenes para tener solo uno. El mallado se hace libre y se cargan las restricciones

de desplazamientos en los extremos de la probeta en los ejes x y z, as como darle

valores a los desplazamientos en el eje y, la figura 3 muestra la unin de los

volmenes y el mallado de la probeta.



(a) (b)

Figura 3. Perfil de la probeta de ensayos: a) Volumen unido y b) Mallado de la probeta

Ya obtenido el mallado en el volumen de la probeta, se le da solucin aplicando las

fuerzas correspondientes, teniendo como resultado que el desplazamiento mximo es

de 0.3 micrmetros como se aprecia en la tabla de la figura 4.

Figura 4. Solucin nodal de esfuerzos mximos y desplazamientos.

Adems se aprecia que el esfuerzo mximo generado es de 703 MPa, observndose

en la parte estrecha de la probeta. La figura 5 presenta la zona de esfuerzo mximo en

la zona estrecha de la probeta.



Figura 5. Resultados de la simulacin.

3. Resultados

Discusin

En estos resultados podemos apreciar que la zona ms crtica de la simulacin es en el

centro de la probeta, teniendo en cuenta que el material seleccionado en el programa

no considera la calidad del material que se vende comercialmente.

Para corroborar que los ensayos experimentales correspondan a la simulacin

numrica, se realizaron los ensayos experimentales, con el material seleccionado y se

observ que el inicio y mecanismo de fisura es asociado con inclusiones de tipo no

metlicas (xidos de Al, Mn, Ca,Mg,) [5,6,7]. Posteriormente se genera un volumen

elptico y se extrae de la probeta para simular la inclusin de tipo no metlica.

En la figura 6 vemos la forma de la elipse, la generacin del rea por las lneas y el

espejo del rea para tener la seccin transversal de la elipse.



Figura 6. Lneas, rea y seccin transversal de la elipse.

Ya con la seccin transversal dibujada, se genera un volumen elptico, por medio de

una revolucin a lo largo del eje x de 360 y se substrae del cuerpo de la probeta. La

figura 7, muestra el volumen elptico, que es representativo de algunas inclusiones no

metlicas.

Figura 7. Volumen de la elipse.

Ya extrado el volumen de la elipse de la probeta, se procede a solucionar con los

mismos desplazamiento aplicados con anterioridad, con un desplazamiento de 3

micrmetros de tensin en cada extremo de la probeta. Como resultado de la exclusin

de la elipse, el esfuerzo mximo es de =13.2 GPa, en relacin a los =0.703 GPa de

la simulacin anterior (sin extraccin de la elipse), como lo muestra la figura 8.



Figura 8. Resultados de la simulacin con la extrusin de la elipse.

4. Conclusiones

Como podemos observar, el esfuerzo aumenta considerablemente en la zona de la

de la elipse, lo que nos lleva a concluir que en el proceso de fatiga al presentarse una

inclusin de tipo no metlica, genera una concentracin de esfuerzos superior a la del

resto de la probeta, y de ah que se generen el o los mecanismos de fractura en esa

zona apreciados en la figura 9.

Figura 9. Esfuerzos mximos en la elipse.



Referencias [1] Marines, C. Rubio, G. Dominguez, and C. Bathias, Carburized steel S-N curves in

the gigacycle regime Proc. 3rd VHCF Int. Conf. Eds. T. Sakai and Y. Ochi,

University of Electro-Communications Pub., Tokio, Japan (2004), pp. 116-123.

[2] Y. Murakami, and H. Matsunaga, Effect of hydrogen on high fatigue properties of

stainless steels and other steels used for fuel cell system, Proc. 3rd VHCF Int.

Conf. Eds. T. Sakai and Y. Ochi, University of Electro-Communications Pub., Tokio,

Japan (2004), pp. 322 333.

[3] I. Marines et al. Ultrasonic fatigue test on bearing steel AISI-SAE 52100 at

frequency of 20 kHz and 30 kHz Int. J. Fatigue, 25, 2003, pp. 1037-1046.

[4] R.P. Reed, J.H Smith and B.W Christ The Economic Effects of Fracture in the

United States, U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standars,

Special Publication 647, march 1983.

[5] Y. Murakami, Factors affecting ultralong life fatigue and design method for

components, Proc. 9th International Fatigue Congress, Atlanta, Georgia, USA, May

2006.

[6] H. Itoga et al., Effect of inclusion size on step-wise S-N characteristics in high

strength steels, Proc. 3rd VHCF Int. Conf. Eds. T. Sakai and Y. Ochi, University of

Electro-Communications pub. Tokyo, Japan (2004), pp. 633-640.

[7] T. Matsumura, Y. Ochi, and K. Masaki, Effect of inclusion morphology on very high

cycle fatigue property in high strength steel SNCM439, Proc. 3rd VHCF Int. Conf.

Eds. T. Sakai and Y. Ochi, University of Electro-Communications pub. Tokyo, Japan

(2004), pp. 625-632.



Irradiacin en Morelia, Michoacn, Recurso Disponible para Integrar Sistemas Fotovoltaicos.

Miguel Barragn Bueno1

1Universidad Tecnolgica de Morelia, Carrera de Energas Renovables -

Vicepresidente Pino Surez No. 750, Cd. Industrial, C.P.: 58000, Morelia, Michoacn,

Mxico.

[email protected]

Resumen

El presente trabajo tiene como objetivo conocer y analizar el recurso disponible de

Irradiancia en la ciudad de Morelia, Michoacn, con la finalidad de integrar un sistema

fotovoltaico, para la Universidad Tecnolgica de Morelia, partiendo de datos reales.

Este trabajo se basa principalmente en el comparativo de la disponibilidad de

Irradiancia a nivel mundial y en Mxico, as como la diferencia de las capacidades de

sistemas integrados en Europa y en nuestro pas. Principalmente se hace un anlisis a

datos proporcionados por el Centro de Previsin Meteorolgico de Morelia, as como la

conversin de estos datos. Y as poder corroborar la disponibilidad del recurso principal

para integrar un sistema fotovoltaico como es la Irradiancia en la localidad. Los

resultados obtenidos son principalmente en el comparativo de datos promedio

mensuales, as como comparativo del promedio de irradiancia en Mxico.

Palabras Clave:

Irradiancia, Integracin de un sistema Fotovoltaico, Centro de Previsin Meteorolgico

de Morelia.



1. Introduccin

El propsito y objetivo principal, del presente artculo es con la finalidad de analizar la

informacin proporcionada por el Centro de Previsin Meteorolgico de Morelia, con

respecto a la Irradiancia que incide en la Ciudad de Morelia; Mich. As como la

conversin a las unidades requeridas que son en kWh/m2. Todo a su vez con la

finalidad de establecer y corroborar que el recurso disponible es el adecuado en esta

Ciudad para poder Integrar Sistemas fotovoltaicos. Se hace una pequea resea sobre

un comparativo de la Irradiancia a nivel nacional con la de Europa, puesto que en este

continente se tiene a nivel mundial la mayor capacidad de sistemas fotovoltaicos

instalados, an y cuando la irradiacin sea mucho menor que la recibida en Mxico.

2. Desarrollo

La integracin de un sistema fotovoltaico, es exclusivo de la disponibilidad de la

irradiacin en la localidad, esta irradiacin vara en cada punto de nuestro planeta, es

decir, no es la misma irradiacin en una localidad de Alemania o cualquier otro pas

europeo a la recibida en nuestro Pas, puesto que Mxico, se encuentra ms cercano

hacia el Ecuador Figura 1. Esto nos posiciona en una gran ventaja sobre los pases de

Europa, en cuanto al recurso de irradiacin solar, sin embargo, sabemos que en la

actualidad la integracin de sistemas fotovoltaicos de forma micro o macro se ha

generalizado en toda Europa, siendo Alemania el Pas con ms capacidad integrada en

sistemas fotovoltaicos a Nivel Mundial Figura 2.

Figura 1: Mapa de Irradiancia Mundial y grfica de de colores que asemejan la radiacin en W / m2. [1]



Observamos en la Figura 2, donde muestra en una grafica la capacidad instala de las

principales potencias dentro de este rubro, cabe sealar que Mxico no entra como pas

productor, sino entra de forma grupal con Amrica Latina.

Figura 2. Capacidad Instalada de Sistemas Fotovoltaicos en el Mundo. [2]

[2] Datos relevantes a nivel mundial a la Industria Solar Fotovoltaica para el ao 2010.

[2] Los pases principales por potencia instalada en 2010, por orden, fueron: Alemania

(7.408 MW), Italia (2.321 MW), Repblica Checa (1.490 MW) Japn (990 MW) y EE.UU.

(980 MW). La potencia mundial instalada en el ao 2010 fue de 16.600 MW, lo que

supuso un incremento del 72% de la potencia mundial acumulada con respecto al ao

2009. El 79% de la potencia mundial instalada en 2010 fue en la Unin Europea, con

ms de 13.240 MW. Dentro de la Unin Europea, Alemania fue claramente el

preponderante representando el 59% de toda Europa. EE.UU. instal en 2010, 980

MW, alcanzando aproximadamente los 2,7 GW. Aparecen nuevos actores como China

con 520 MW acumulados y la India con 30 MW.

En la Figura 3, muestra las potencias acumuladas en sistemas fotovoltaicos en

2010, en los principales pases europeos; en esta grfica observamos que pases como

Portugal, inclusive Blgica, quien posee una superficie mucho inferior a nuestro

territorio, as como una irradiacin mucho menor, tiene una capacidad fotovoltaica

Instalada, por encima de nuestro pas, de ms de 39 veces, es decir por cada MW

instalado en Mxico, Blgica tiene instalados 39MW.



Figura 3. Capacidad de Sistemas Fotovoltaicos Instalados en Europa. [2]

Pasemos a nuestro pas, con los datos sealados en la Figura 4, observamos

que tenemos localidades con un alta Irradiacin, tal es el caso de de Mexical, B.C. N.

donde poseen un promedio diario de 5.90 kW-h/m2. Cantidad de energa solar que si

fuera convertida a electricidad mediante un sistema fotovoltaico, podra alimentar un

hogar promedio en el consumo de energa elctrica. Ahora bien tenemos que si la

tecnologa actual en lo relacionado a las fotoceldas que se encuentran en el mercado

donde: fotoceldas de silicio policristalino estn por el 21 % de eficiencia y las de silicio

mono-cristalino con una eficiencia del 22 a 23 %, quiere decir que en un metro

cuadrado podramos convertir aproximadamente en esta localidad en mencin con la

utilizacin de un sistema de fotoceldas ya fueran de silicio mono-cristalino o poli-

cristalino, a 1.239 hasta 1.298 kW-h/m2 por da, respectivamente.

Figura 5. Capacidad de Irradiacin de algunas ciudades de Mxico en kW-h / m2 por da. [4]

Para concluir con estos puntos anteriores con el cual hago una referencia de la

disponibilidad del recurso de energa solar para esta Ciudad de Morelia y con esto

poder saber que estamos en una inmejorable situacin para poder hacer la aplicacin

de la tecnologa y as sacar el mayor provecho de la energa solar en forma de

irradiancia o cantidad de energa solar por metro cuadrado que se recibe.



[3] Ubicacin de Morelia, Michoacn

La ciudad de Morelia, Mich. se encuentra ubicada en las coordenadas de latitud y

longitud: 1942 08 N, 1011108 O, a una altitud de 1921 msnm. Ver Figura 6.

Figura 6. Ubicacin del Estado de Michoacn y de la Ciudad de Morelia en el mapa de Mxico. [3]

Ahora sabiendo la ubicacin de la Ciudad de Morelia, Michoacn. Pasemos a lo

relevante del captulo que corresponde a la disponibilidad de la Irradiaicin que recibe

esta ciudad, siendo el Centro de Previsin Meteorolgica de Morelia, quien nos

proporciono estos datos, pero debo hacer la siguiente observacin, fue a partir hasta

el mes de Julio del ao de 1996 que comenzaron a adquirir datos relacionados a la

Radiacin Solar que incide sobre esta ciudad, ya que anteriormente no le daban una

importancia relevante o simplemente no lo consideraban como dato importante para la

previsin meteorolgica, pero an as la informacin se regularizo siendo hasta el ao

2004.

Aparatos de Medicin utilizados por el CPMM Los datos obtenidos por el Centro de Previsin Meteorolgico de Morelia, corresponden

a los que obtienen con lo registrado con los siguientes aparatos de medicin, un

Heligrafo (Figura 7 y 7a) y un Piranmetro (Figura 8 y 8a). Sealemos que adems

de estos dos aparatos, existen otros ms con la capacidad tambin de obtener la

radiacin solar total, como son el pirhelimetro.



Figuras 7 y 7a. Heligrafo del Centro de Previsin Meteorolgica de Morelia.

Los datos que obtiene este Centro de Previsin Meteorolgico de Morelia, es en

referencia a las horas al da que hay sol, es decir la cantidad de horas diarias de

radiacin y este dato es obtenido por medio del Heligrafo. As como la cantidad de

energa solar por centmetro cuadrado que incide en la ciudad de Morelia, estos datos

son obtenidos por el Piranmetro, datos que obtienen en cal/cm2 y en joules (J) o

kilojoules (kJ), por da.

Figuras 8 y 8a. Piranmetro del Centro de Previsin Meteorolgico de Morelia.

Ahora pues, la informacin proporcionada, como bien lo mencionamos

anteriormente, sta dada en cal/cm2 y en joules (J) o kilojoules (kJ), por da; pero para

nosotros, el dato que nos interesa en Irradiacin, hice la correspondiente conversin

para as poder tener las unidades de kW-h/m2 por da. Cabe sealar que se nos

menciono que en algunas ocasiones no se pudo obtener esta informacin y registrarla,

como observaremos en algunos das de los registrados. Como mencione anteriormente,

el Centro de Previsin Meteorolgico de Morelia, comenz a obtener informacin de

radiacin a partir del mes de julio de 1996, por esta razn hago el siguiente comentario,



existen en el mercado softwares que pueden obtener datos estimados en base a

clculos que estos mismos realizan y as poder conocer, algunos datos de irradiacin

de aos anteriores al ao de 1996, pero recordemos que son datos estimados. Por

esta razn, menciono que todos los datos aqu mencionados y convertidos son

provenientes de una Institucin que se dedica exclusivamente a la obtencin y

proporcin de informacin. Y por ende son datos confiables y registrados mediante

aparatos exclusivos para su medicin e interpretacin correspondiente. (Informacin

proporcionada por el Centro de Previsin Meteorolgico de Morelia)

3. Resultados

De la informacin proporcionada por el Centro de Previsin Meteorolgica de Morelia y

a la cual se realizo la conversin correspondiente de kJ/cm2 a kWh/m2, nos permite

revisar, analizar y observar algunos das de los meses de Julio y Agosto del ao 1996,

para poder comenzar con este anlisis:

JULIO AGOSTO

cal/cm2 J Kj KWh/m2 cal/cm2 J Kj KWh/m2 cal/cm2

1 291.9 1222.2 1.22 3.39 355.8 1489.7 1.49 4.14 417.8

2 467.1 1955.7 1.96 5.43 425.1 1779.9 1.78 4.94 281.0

3 364.9 1527.8 1.53 4.24 441.6 1849.0 1.85 5.14 271.9

4 370.4 1550.9 1.55 4.31 565.6 2368.2 2.37 6.58 254.0

5 397.8 1665.6 1.67 4.63 587.5 2459.9 2.46 6.83 312.0 Tabla 1. Informacin de irradiacin de los das 1 al 5 en los meses de Julio y agosto de 1996.

Observemos que en el da 01 de Julio de 1996 (Tabla 1), el dato de 291.9

cal/cm2, equivalente a 1.22 kJ/cm2; lo cual se obtuvo de utilizar el valor de que 1 cal =

4.1868 J, es decir, se obtiene con la siguiente operacin:

(291.9 cal/cm2 ) ( 4.1868 J)/ 1000 = 1.22 kJ/cm2



Ahora para poder obtener este resultado en kWh/m2, es con la utilizacin de que

1 kWh es igual a 3600 kJ, adems en m2, es igual a 10,000 cm2, por lo que con la

siguiente operacin se obtiene el resultado de 3.39 kWh/m2:

(1.22 kJ / cm2)(1 kWh/ 3600 kJ) (10,000 cm2 / 1 m2) = 3.39 kWh/m2

Esto quiere decir que el da 1 de Julio de 1996, se obtuvo una irradiancia de 3.39 kWh/m2, promedio por ese da. Y si quisiramos saber el equivalente a la conversin de electricidad que sera convertida por esa cantidad de energa solar a travs de un

sistema fotovoltaico, con la utilizacin de un panel fotovoltaico de un metro cuadrado

elaborado con fotoceldas de silicio monocristalino, estaramos obteniendo que de los

3.39 kWh/m2, tendramos una cantidad de 0.75 kWh/m2, promedio por cada hora de ese da 1 de Julio. El promedio para los meses de Julio y Agosto de 1996, se observa

en la tabla 2.

SUMA 12238.0 51240.5 51.2 142.3 12084.2 50596.5 50.6 140.5 10229.1 42829.2 42.8 119.0

PROM 394.8 1652.9 1.7 4.6 389.8 1632.1 1.6 4.5 341.0 1427.6 1.4 4.0

MX 552.9 2315.0 2.3 6.4 587.5 2459.9 2.5 6.8 567.4 2375.7 2.4 6.6

MN 281.0 1176.5 1.2 3.3 211.7 886.4 0.9 2.5 191.6 802.2 0.8 2.2

Tabla 2. Promedios de irradiancia obtenida en los meses de julio y Agosto de 1996. Ahora comparemos con los datos obtenidos en los mismos das de Julio y

Agosto pero ahora del ao 2012, como se observa en la tabla 3: JULIO AGOS. SEPT.

cal/cm2 J/cm2 KJ/cm2 KWh/m2 cal/cm2 J/cm2 KJ/cm2 KWh/m2 cal/cm2 J/cm2 KJ/cm2 KWh/m2

167.9 703 0.70 1.95 474.4 1986 1.99 5.52 S/D S/D S/D S/D

206.2 863 0.86 2.40 385.0 1612 1.61 4.48 315.6 1321 1.32 3.67

304.7 1276 1.28 3.54 262.7 1100 1.10 3.06 655.1 2743 2.74 7.62

277.3 1161 1.16 3.23 374.1 1566 1.57 4.35 441.6 1849 1.85 5.14

302.9 1268 1.27 3.52 301.1 1261 1.26 3.50 390.4 1635 1.63 4.54

Tabla 3. Informacin de irradiacin de los das 1 al 5 en los meses de Julio y agosto de 2012.

SUMA 8866.3 37123.2 37.1 103.1 8669.6 36299.6 36.3 100.8 9095.6 38083.3 38.1 105.8

PROM. 286.0 1197.5 1.2 3.3 299.0 1251.7 1.25 3.5 336.9 1410.5 1.41 3.9

MAX. 377.7 1581.4 1.6 4.4 474.4 1986.3 2.0 5.5 655.1 2742.9 2.7 7.6

MIN. 156.0 653.2 0.7 1.8 111.3 466.0 0.5 1.3 220.8 924.5 0.9 2.6

Tabla 4. El Promedio para estos meses en este ao 2012.



Cabe sealar y debemos recordar que cada da posee una cantidad de horas de

insolacin, ya que cada da varan respecto a la temporada del ao en que nos

encontremos. Puesto que para otoo- invierno son menos horas de sol que en

primavera-verano. Ahora veamos las siguientes tablas, las cuales contienen los

promedios mensuales de datos de irradiacin obtenida en los meses de Enero a Marzo

de aos de 2005, 2012 y 2013 como su promedio diario del mes, el dato ms alto y el

dato menor. ENERO FEB. MARZO

cal/cm2 J Kj KWh/m2 cal/cm2 J Kj KWh/m2 cal/cm2 J Kj KWh/m2

SUMA 10025.1 41975.1 42.0 116.6 8760.7 36681.1 36.7 101.9 12622.4 52850.0 52.8 146.8

PROM 323.4 1354.0 1.4 3.8 312.9 1310.0 1.3 3.6 407.2 1704.8 1.7 4.7

MX. 395.9 1657.6 1.7 4.6 465.2 1947.8 1.9 5.4 543.8 2276.9 2.3 6.3

MN. 102.1 427.5 0.4 1.2 111.3 466.0 0.5 1.3 156.9 656.9 0.7 1.8

Tabla 5. Promedio de irradiacin de los meses de Enero a Marzo de 2005.

ENERO FEB. MARZO


SUMA 7589.1 31775.6 31.8 88.3 6284.7 26313.8 26.3 73.1 10860.2 45471.7 45.5 126.3

PROM 253.0 1059.2 1.1 2.9 224.5 939.8 0.9 2.6 350.3 1466.8 1.5 4.1

MX. 330.3 1383.0 1.4 3.8 408.7 1711.2 1.7 4.8 454.3 1902.2 1.9 5.3

MN. 135.0 565.2 0.6 1.6 67.5 282.6 0.3 0.8 164.6 689.2 0.7 1.9

Tabla 6. Promedio de irradiacin de los meses de Enero a Marzo de 2012. ENERO FEB. MARZO


SUMA 7276.9 30468.4 30.5 84.6 8145.4 34104.8 34.1 94.7 9174.2 38412.4 38.4 106.7

PROM 234.7 982.9 1.0 2.7 290.9 1218.0 1.2 3.4 327.7 1371.9 1.4 3.8

MX. 377.7 1581.4 1.6 4.4 377.8 1581.8 1.6 4.4 498.1 2085.5 2.1 5.8

MN. 102.2 427.9 0.4 1.2 178.8 748.6 0.7 2.1 83.9 351.3 0.4 1.0

Tabla 7. Promedio de irradiacin de los meses de Enero a Marzo de 2013.

El anlisis respecto a los promedios obtenidos son los siguientes: Para el ao

2005 se obtuvo un promedio trimestral de 4.03 kWh/m2 por da. Ahora en los ltimos

aos observamos una baja en cuanto a esta irradiancia en la Cd. de Morelia, Mich.

puesto que para el ao 2012, se tiene un promedio trimestral de 3.2 kWh/m2 por da y

por ltimo para el ao de 2013, correspondiente a datos recientes, se obtuvo un

promedio trimestral de 3.3 kWh/m2 por da, podemos determinar que seguimos con

recurso apropiado para poder hacer la integracin de sistemas fotovoltaicos, puesto que



an obtendramos rendimientos apropiados en la generacin de electricidad, mediante

esta tcnica. Ahora continuaremos con los datos promedio mensual obtenidos en los

meses de Julio a Septiembre de los aos 2005, 2010 y 2012. Este anlisis es con la

nica y exclusiva propuesta de ver que tanta diferencia existe en diferentes temporadas

del ao. As pues, continuemos con los datos en mencin: JULIO AGOS. SEPT.


SUMA 9959.3 36268.2 36.3 100.7 8652.9 36229.7 36.2 100.6 10268.1 42992.5 43.0 119.4

PROM 343.4 1394.9 1.4 3.9 309.0 1293.9 1.3 3.6 342.3 1433.1 1.4 4.0

MX. 490.8 2016.9 2.0 5.6 509.0 2131.2 2.1 5.9 530.9 2222.9 2.2 6.2

MN. 202.5 847.9 0.8 2.4 133.2 557.7 0.6 1.5 222.6 932.0 0.9 2.6

Tabla 8. Promedio de irradiacin de los meses de Julio a Septiembre de 2005.

JULIO AGOS. SEPT.


SUMA 8575.7 35906.3 35.9 99.7 10121.3 42378.0 42.4 117.7 8251.3 34548.2 34.5 96.0

PROM 285.9 1196.9 1.2 3.3 361.5 1513.5 1.5 4.2 294.7 1233.9 1.23 3.4

MX. 456.2 1909.9 1.9 5.3 536.5 2246.1 2.2 6.2 456.0 1909.3 1.9 5.3

MN. 162.4 679.9 0.7 1.9 195.2 817.4 0.8 2.3 162.4 679.9 0.7 1.9

Tabla 9. Promedio de irradiacin de los meses de Julio a Septiembre de 2010.

JULIO AGOS. SEPT.


SUMA 8866.3 37123.2 37.1 103.1 8669.6 36299.6 36.3 100.8 9095.6 38083.3 38.1 105.8

PROM 286.0 1197.5 1.2 3.3 299.0 1251.7 1.25 3.5 336.9 1410.5 1.41 3.9

MX. 377.7 1581.4 1.6 4.4 474.4 1986.3 2.0 5.5 655.1 2742.9 2.7 7.6

MN. 156.0 653.2 0.7 1.8 111.3 466.0 0.5 1.3 220.8 924.5 0.9 2.6

Tabla 10. Promedio de irradiacin de los meses de Julio a Septiembre de 2012. El anlisis correspondientes para el trimestre de Julio a Septiembre de los aos

en mencin (ver tablas 8, 9 y 10), observamos que: ara lo correspondiente al ao 2005,

se obtuvo un promedio trimestral de 3.83 kWh/m2 por da. Para el ao 2010 el

promedio fue de 3.63 kWh/m2 por da. Y por ltimo para el ao 2012, en este trimestre

de Julio a Septiembre fue de 3.56 kWh/m2 por da, como se menciono anteriormente

an es conveniente la aplicacin de los sistemas fotovoltaicos considerando esta

irradiancia en esta Ciudad de Morelia, Mich.



Para concluir con este anlisis, ahora estudiemos los datos correspondientes al

promedio de irradiancia promedio mensual y anual de la informacin, como se haba

mencionado anteriormente, esta informacin corresponde desde Julio de 1999 hasta el

mes de abril de 2013; pero para esta informacin, existe un dato importante que

sealar, la informacin se comenz a normalizar a partir del ao 2004, puesto que los

aos anteriores no fue muy estable, es decir, los datos obtenidos no fueron constantes,

para cada mes, inclusive hay meses completos sin datos de irradiancia. Por esta razn,

es por esto que a partir de este ao de 2004 que haremos este anlisis. Cabe sealar

como bien se haba mencionado con anterioridad que los datos que se nos

proporcionaron y mejor dicho son los datos que en el Centro de Previsin Meteorolgico

de Morelia, utilizan son en cal /cm2, J/cm2 y kJ/cm2, por lo que a mi correspondi hacer

la conversin a los kWh/m2, que es en si la unidades requeridas, para nuestro estudio.

Por lo que a continuacin se muestran los datos promedio mensual y anual por da,

como se observa en la Tabla 11: AO 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Enero 2.9 3.8 3.6 2.9 3.5 3.4 2.7 3.4 2.9 2.7

Febrero 4.5 3.6 4.4 4.1 4.2 4.4 3.3 3.3 2.6 3.4

Marzo 4.6 4.7 4.6 4.3 4.5 4.4 4.5 4.2 4.1 3.8

Abril 4.9 5 5.2 4.5 4.7 3.9 5 4.5 4.3 3.1

Mayo 4.6 5.1 4.5 4.2 4.8 4.2 4.6 4.6 4.2

Junio 3.9 4.8 4.6 3.7 4.2 4.1 3.3 4.2 3.6

Julio 4.1 3.9 3.8 3.9 3.9 4.3 3.3 3.2 3.3

Agosto 3.8 3.6 3.5 3.8 3.8 4 4.2 3.6 3.5

Sept. 3.2 4 3.1 3.7 3.3 2.8 3.4 4.2 3.9

Oct. 3.5 3.8 3.3 4.1 3.3 3.1 4 3.7 3.8

Nov. 3.7 4.1 3.4 3.6 3.8 3.3 2.9 2.8 3

Dic. 3.4 3.7 3.4 3.6 3.5 3.2 3.3 3.2 2.9

P. Anual 3.925 4.175 3.95 3.86667 3.95833 3.75833 3.70833 3.74167 3.50833 3.25

Tabla 11. Promedio mensual y promedio anual (kWh/m2 da). Podemos observar que la irradiancia o la cantidad de energa que se recibe en

la Ciudad de Morelia, Mich. Es aproximadamente entre los 4 kWh/m2, as pues

podemos decir que es una cantidad considerable para poder hacer uso de la tecnologa

en lo referente a sistemas fotovoltaicos. Otro punto importante con respecto del

promedio de irradiancia que se tiene en Mxico, que es de 5 kWh/m2.



4. Conclusin Los anlisis realizados a la informacin proporcionada, han sido de gran ayuda para

avanzar en lo relacionado a la integracin de sistemas fotovoltaicos, puesto que es una

informacin confiable. Con esta informacin tambin se pudo analizar que hoy en da es

de suma importancia contar con ella, pues sabiendo los recursos disponibles en materia

de radiacin solar o irradiancia, nos permite poder tomar decisiones y tambin poder

orientar en este mbito que cada da se va abriendo ms puertas a lo largo de no solo

de nuestra ciudad sino del pas entero. Es sumamente importante sealar que sin los

datos aqu mostrados no tenamos de una forma confiable informacin referente al rea

solar. Por ltimo recordemos que el Sol sale para todos y aprovecharnos de este no

perjudica a nadie al contrario nos beneficia a todos.

Referencias [1] http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaica. Consultado el 26

abril del 2013.

[2] Antonia Lecue (2012), Situacin actual de la energa solar fotovoltaica en el mundo

segn el Plan de Energas Renovables PER 2011-2020, consultado el 12 abril de 2013

en www.suelosolar.es /newsolares.

[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Morelia. Consultado el 26 de abril de 2013.

[4] Ramrez Bon, Rafael, (2012). Integracin de Sistemas Fotovoltaicos, Intensidad de Irradiancia en Mxico. Consultado en marzo 2012.



Determinacin y Anlisis de las propiedades mecnicas a la tensin del acero AISI SAE 5160H utilizado en la fabricacin de muelles

semielipticas M.C. Francisco Rene Cayetano Polito 1, M.C. Pedro Humberto Iglesias lvarez2,

M.C. Rafael Gonzlez Daz3 1Mantenimiento rea Industrial, Universidad Tecnolgica del Sureste de Veracruz Av.

Universidad Tecnolgica, Lote Grande #1, S/Colonia, Nanchital de Lzaro Crdenas del

Rio, Veracruz, Mxico, CP. 96360. Tel. 2110160, ext. 2012, e-mail: [email protected]

2Mantenimiento rea Industrial, Universidad Tecnolgica del Sureste de Veracruz Av.



3Mantenimiento rea Industrial, Universidad Tecnolgica del Sureste de Veracruz Av.



Resumen En el presente trabajo se muestran resultados obtenidos del estudio de propiedades

mecnicas a la tensin del acero AISI SAE 5160H utilizado en la fabricacin de muelles

semielipticas. Se comparan resultados obtenidos para material sin y con tratamiento

trmico, lo cual permite analizar el mejoramiento de las propiedades mecnicas. La

caracterizacin de los aceros se realiz mediante ensayos mecnicos de traccin y

dureza. Se analiza la microestructura del acero para determinar tamao de grano y

porcentaje de fases. Se concluye que las propiedades mecnicas s mostraron una

mejora significativa en funcin de su tamao de grano, cambio de estructura

metalogrfica y tratamiento trmico.



Palabras claves Muelles Semielipticas, Propiedades Mecnicas, Anlisis Metalogrfico.

1. Introduccin En una gran cantidad de maquinaria y en muchas otras aplicaciones, la presencia de

fuerzas generan esfuerzos y deformaciones, los cuales son generalmente la

consecuencia de las fallas provocadas en los materiales que conforman las estructuras

de los elementos mecnicos, por lo tanto, es necesario que esos esfuerzos y

deformaciones sean absorbidos y que esta energa asimilada no afecte el material ni el

desempeo de esta maquinaria. Para ello existen las muelles que son elementos

mecnicos capaces de soportar altos esfuerzos y con una gran capacidad de

deformacin elstica que almacenan energa y se desprenden de ella sin sufrir

deformaciones permanentes cuando cesa el esfuerzo al que se le somete, sosteniendo

el peso del vehculo, los impactos que sufren las ruedas al chocar sobre los baches y

las irregularidades del terreno [1].

Las muelles son fabricadas en diferentes dimensiones, distintas formas y

composicin qumica, es importante mencionar, que uno de los materiales de mayor

utilizacin en los muelles es el acero aleado por su gran templabilidad y trabajo en

caliente [2].

Este estudio se realiza en dos partes: la primera es una caracterizacin

metalogrfica del acero AISI SAE 5160H usado en la fabricacin de las muelles

semielpticas analizadas en este proyecto. En la segunda parte se realizan ensayos

mecnicos a la tensin utilizando una maquina servo-hidrulica MTS 810 y una

mquina universal GALBADINI, as como tambin, pruebas de dureza utilizando un

durmetro Rockwell digital.



Este trabajo tiene como objetivo analizar las propiedades mecnicas a la tensin,

dureza y estructura metalogrfica del acero AISI SAE 5160H, el cual es utilizado en la

fabricacin de muelles semielpticas, las cuales son utilizadas por el transporte

automotriz y con ello mejorar el desempeo de estos elementos mecnicos durante su

tiempo de servicio y cumplir as la garanta que el fabricante otorga.

2. Desarrollo El maquinado de las probetas de tensin, se llev a cabo siguiendo la norma ASTM A

370 68, Standard Rectangular Tension Test Specimens, el material utilizado fue un

acero AISI SAE 5160H utilizado en la fabricacin de muelles semielpticas, tres sin

tratamiento trmico y tres con tratamiento trmico.

El tratamiento trmico de templado y revenido a las probetas para los ensayos

de tensin del acero AISI SAE 5160H, se realiz en una empresa de la regin,

utilizando un horno para el templado y otro horno para el revenido, los parmetros

utilizados en este proceso se muestran en la tabla 1.

Tabla 1. Parmetros utilizados en el proceso de tratamiento trmico de temple.

Los ensayos de tensin para el acero AISI SAE 5160H, con probetas sin

tratamiento trmico fueron realizados utilizando una mquina servo-hidrulica MTS 810

y capacidad de 100KN.

Los ensayos de tensin para el acero AISI SAE 5160H, con probetas tratadas

trmicamente, fueron realizados utilizando una mquina universal GALBADINI con



capacidad de 500 KN, siendo la escala utilizada de 250 KN para realizar los ensayos y

a una velocidad constante de la carga de 1.5mm/min.

Los ensayos de dureza se realizaron con acero AISI SAE 5160H tratado

trmicamente con temple y revenido y sin tratamiento trmico. Estos ensayos se

tomaron en sentido longitudinal y transversal de acuerdo a la norma ASTM E 18 - 98

Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Material [19].

Las dimensiones de la muelle a examinar, en este caso, la cuarta hoja del juego

de muelles tratada trmicamente, fueron las siguientes: 12mm de espesor, 64mm de

ancho y 610mm de largo, de la cual se obtuvieron las probetas para realizar los

ensayos de dureza. La figura 1 muestra la muelle seccionada.

Figura 1. Muelle seccionada (cuarta hoja).

Para la preparacin de las muestras metalogrficas se sigui el mtodo descrito

en la norma ASTM E 3 98 [20] Preparation of Metallographic Specimens. Las

muestras fueron cortadas, montadas en resina fenlica, desbastadas y pulidas

siguiendo las directrices all indicadas. El ataque se realiz por inmersin en el reactivo

Nital para las observaciones microscpicas [6,7].

Las observaciones microscpicas se realizaron en dos etapas, en la primera se

analizaron los defectos superficiales que se formaron durante el proceso de fabricacin

de la muelle, as tambin, se observaron cada una de las probetas durante su proceso

de desbaste y pulido para cerciorarse que ste fuese realizado de manera uniforme y

sin ralladuras profundas. Esto se logr con el microscopio estereoscpico.

En la segunda etapa, ya con las probetas atacadas qumicamente, se utiliz para

el anlisis metalogrfico un Microscopio Analizador de Imgenes marca NIKON, modelo



ECLIPSE L150 y un software OMNIMET ENTREPRISE VERSION 5.0. De acuerdo a la

norma ASTM E 112 98 [21] Estimating the average grain size of metals.

Este software revel caractersticas metalogrficas tales como: inclusiones no

metlicas, tamao de grano y porcentaje de fases. El software mediante rutinas

encuentra un patrn que coincida con la muestra en estudio y entonces designa el

tamao de grano del metal por el nmero correspondiente al nmero ndice del patrn

coincidente. Las microfotografas obtenidas fueron a 50, 100, 200 y 500 aumentos.

3. Resultados

La comparacin de los resultados obtenidos en los ensayos de traccin para el acero

AISI SAE 5160H con y sin tratamiento trmico se analizan en la tabla siguiente.

CARACTERISTICAS

ACERO AISI SAE 5160H SIN TRATAMIENTO TERMICO

ACERO AISI SAE 5160H CON TRATAMIENTO TERMICO

No. 1 No. 2 No. 3 Promedio No. 1 No. 2 No. 3 Promedio

ESFUERZO DE FLUENCIA (MPa) 558.99 538.57 556.99 551.52 1035 1050 1035 1040

ESFUERZO ULTIMO (MPa) 910.35 888.67 905.57 901.53 1115 1135 1170 1140

% DE ELONGACION 5.13 4.99 5.2 5.1 9.2 9.5 9.6 9.43

% DE REDUCCION DE AREA 30.01 29.6 29.68 29.76 32.78 33.84 34.12 33.58

Tabla 2. Comparacin de los resultados obtenidos en los ensayos de traccin del acero AISI SAE 5160H con y sin tratamiento trmico.

El esfuerzo de fluencia encontrado para el acero AISI SAE 5160H sin tratamiento

trmico fue de 551.52 MPa y con tratamiento trmico fue de 1040 MPa. El cambio

significativo de este valor se debe al tratamiento trmico, logrando en el material una

importante mejora en sus propiedades mecnicas.

El porcentaje de alargamiento para el acero AISI SAE 5160H sin tratamiento

trmico fue de 5.1 y con tratamiento trmico de 9.43.

El porcentaje de reduccin de rea para el acero AISI SAE 5160H sin tratamiento

trmico fue de 29.76 y con tratamiento trmico de 33.58.



Con el aumento en el porcentaje de alargamiento y reduccin de rea, le

permiten al material que trabaje a cargas mayores debido al aumento de su propiedad

mecnica llamada Resiliencia.

Los valores promedio encontrados en las mediciones de dureza para las

secciones de la muelle mostrada en la figura 1 en sentido longitudinal y transversal se

muestran en la tabla 3. La tabla 4 muestra los valores promedio y la comparacin de

estos valores con respecto a la norma ASTM.

# SECCION TRANSVERSAL LONGITUDINAL 2 HRC 39.33 HRC 39.66 7 HRC 37.73 HRC 41.93 5 HRC 43.06 HRC 41.84

SUPERFICIE DEL BARRENO xxxx HRC 44.64 Tabla 3. Valores promedios de dureza de varias secciones

Espcimen Valor promedio de dureza Rockwell "C"

Sin tratamiento trmico HRC 25.75 Con tratamiento trmico HRC 41.17 Referencia consultada ASTM HRC 40-45

Tabla 4. Resultados de los ensayos de dureza

Los valores de la dureza promedio para el acero en material sin tratamiento

trmico fue de 25.75 HRC, mientras que para el acero tratado trmicamente fue de

41.17 HRC, que al comparar este ltimo resultado con lo que marca la norma ASM,

encontramos que el acero tratado trmicamente s cumple con las especificaciones

requeridas.

El aumento de dureza en acero tratado trmicamente se debe al cambio de

estructura metalogrfica de ferrita y perlita a martensita, tal como se muestra en la

figura 2. Lo anterior tiene influencia en el aumento del comportamiento elstico lineal

de la muelle.



Figura2. Microfotografa que muestra las estructuras metalogrficas de ferrita, perlita y martensita del

acero 5160H con tratamiento trmico (50X).

El tamao de grano se determin utilizando el software OMNIMET ENTERPRISE

versin 5.0 por medio de la subrutina 2 (Tamao de Grano). El programa grab la

imagen y deline los lmites de grano y proporcion el tamao de grano en base a la

norma ASTM 112 -98 Estimating the average grain size of metals, (ver figura 3).

Figura 3. Micrografa del acero 5160H con ataque qumico, con aplicacin de la subrutina para

determinar el tamao de grano. (100 X).



El valor promedio del tamao de grano encontrado para el acero AISI SAE

5160H con tratamiento trmico fue de 15.3056, (ver figura 4).

Figura 4. Grfica ASTM, que nos indica el tamao de grano para el acero 5160H.

El tamao de grano s cumple con las especificaciones establecidas, as como

tambin la ficha tcnica de certificado de calidad del fabricante del acero AISI SAE

5160H de acuerdo a la norma ASTM 112-98 ESTIMATING THE AVERAGE GRAIN

SIZE OF METALS.

El porcentaje de fases se obtuvo a travs del software OMNIMET ENTERPRISE

versin 5.0, por medio de la subrutina 3 (porcentaje de fases). El programa grab las

imgenes y determin las fases de acuerdo con las micrografas tomadas.

Los valores de los porcentajes de fases encontrados para el acero AISI SAE

5160H tratado trmicamente revelaron un valor promedio de 36.6316% de ferrita y

63.3684% de perlita.

En la figura 5 se observa la microfotografa del acero 5160H con tratamiento

trmico al aplicarle la subrutina para determinar el porcentaje de fases presentes y en la

figura 6 se muestra la grfica que nos indica el porcentaje de fases presentes.



Figura 5. Micrografa del acero 5160H, con aplicacin de la subrutina para determinar el porcentaje de

fases, Ferrita (azul claro). Perlita (azul obscuro) (500X).

Figura 6. Grfica que nos indica los porcentajes de fases presentes.

En la grfica podemos notar que el porcentaje de perlita es ms elevado que el

porcentaje de ferrita, dando como resultado una mayor transformacin de martensita en

el proceso de templado y mejorando las propiedades mecnicas del acero.

4. Conclusiones 1.- La dureza encontrada para el acero AISI SAE 5160H sin tratamiento trmico fue de

25.75 HRC y con tratamiento trmico fue de 41.17 HRC. Este aumento de dureza

mejora las propiedades mecnicas y cumple con la norma ASTM.

2.- Se observa una mejora significativa en la dureza, esto indica que se logra un mayor

porcentaje de transformacin de perlita en martensita y adems, se increment su

comportamiento lineal elstico.



3.- El tamao de grano encontrado es de 15.3056 cumpliendo con la norma ASTM E

112-98, favoreciendo esto su propiedad mecnica a la traccin.

4.- El mejoramiento de las propiedades mecnicas del acero AISI SAE 5160H despus

del tratamiento trmico mejoraron significativamente en funcin de su tamao de grano

y cambio de su estructura metalogrfica.

5.- Con el aumento en el porcentaje de alargamiento y reduccin de rea, le permiten

al material que trabaje a cargas mayores debido al aumento de su propiedad mecnica

a la resiliencia.

6.- El esfuerzo de fluencia encontrado para el acero AISI SAE 5160H sin tratamiento

trmico fue de 551.52 MPa y con tratamiento trmico fue de 1040 MPa. Este

increment del valor del esfuerzo de cedencia mejora el comportamiento lineal elstico.

7.- En vista de los resultados obtenidos, se concluye que las propiedades mecnicas

determinadas con la caracterizacin del acero AISI SAE 5160H, se obtienen resultados

aceptables en funcin al comportamiento de las muelles semielpticas en servicio,

proporcionando seguridad, eficiencia y garanta para los usuarios de la industria

automotriz.

Referencias [1] Carrin, F.J. del Valle, A. y Tern, J., (1996), Efecto de la Rugosidad de las

Carreteras en el dao a Vehculos; Publicacin tcnica no. 139; Sanfandilla, Qro

2000.

[2] Jos Apraiz Barreiro, Aceros Especiales y Otras Aleaciones, Editorial Dossat,

Quinta Edicin.

[3]A. Malishev, G. Nokolaiev y Shuvalov, Tecnologa de los Metales, Editorial Mir

Mosc.



[4] Scientia et Technica Ao X, No 24, Mayo 2004. UTP. ISSN 0122-1701 La

Importancia del Mtodo en la Seleccin de Materiales.

[5] Donald R. Askeland & Pradeep P. Phul, Ciencia e Ingeniera de los Materiales,

Editorial Thompson.

[6]Carl A. Keyser, Tcnicas de Laboratorio para Pruebas de Materiales, Editorial

Limusa Wiley, Primera Edicin.

[7] James F. Shackelford, Introduccin a la Ciencia de Materiales para Ingenieros,

Editorial Pearson, Sexta Edicin.

[8] Jos de Jsus Mayagoitia Barragn, Tecnologa e Ingeniera de Materiales, Mc

Graw Hill, 2004.

[9] SID-SGC-GO-ED-001 REV.0 Procedimiento de Ensayos de Dureza.

[10] Adrin Inchaurza Zabala, Aceros Inoxidables y Aceros Resistentes al Calor,

Editorial Limusa. Primera Edicin.

[11] J.C. Anderson, K.D. Leaver, R.D. Rawlings y J.M. Alexander, Ciencia de los

Materiales, Editorial Limusa, Segunda Edicin.

[12] A Herrero Palomo, JM Cabrera Marrero, A Mateo Garca, Tecnologa de

Materiales Teora, Publicacions dAbast S.L.L., 2002.

[13] A. P. Guliev, Metalografa tomo 1, Editorial Mir Mosc.

[14] A. P. Guliev, Metalografa tomo 2, Editorial Mir Mosc.



[15] ASM HANDBOOK VOLUMEN 1 Propierties and Selection: Irons, Steels, and

High Performance Alloys; 1993.

[16] ASM HANDBOOK VOLUMEN 8 Mechanical Testing; 1992.

[17] ASM HANDBOOK VOLUMEN 9 Metallographic and Microstructures; 1992.

[18] ASM HANDBOOK VOLUMEN 10 Materials Characterization; 1992.

[19] Norma ASTM E 18 - 98 Methods of Test for Rockwell Hardness and Rockwell

Superficial Hardness of Metallic Materials.

[20] Norma ASTM E 3 98 Preparation of Metallographic Specimens.

[21] Norma ASTM E 2 98 Preparation of Micrographs of Metals and Alloys.

[22]Norma ASTM E 112 98 Estimating the Average Grain Size of Metals.



Caracterizacin de un sistema de absorcin energizado mediante energa solar

Ivn Josu Valencia Gmez1, Francisco Delgadillo Lpez 2, Agustn Salvador

Morales3 1,3 Divisin de Sistemas Productivos / Universidad Tecnolgica de San Juan del Ro/

Col. Vista Hermosa, Av. La Palma 125, San Juan del Ro, Qro., C. P. 76800, Mxico

Tel. 427 1292000 ext. 246 1 [email protected], [email protected]

2 Universidad Tecnolgica de la Zona Metropolitana de Guadalajara Jalisco, Carretera

Tlajomulco de Ziga-San Isidro Mazatepec. Km 4,5 - Col. Santa Cruz de las Flores,

C.P. 45640 2 [email protected]

Resumen En el presente trabajo se analiz un sistema de refrigeracin Amoniaco-Agua mediante

el acoplamiento de un banco fotovoltaico variable; 370 W, 320 W, 270 W, 260 W, 220

W, 210 W, 160 W y 150 W, con el fin de establecer los parmetros de operacin del

sistema que permitan posteriormente realizar un anlisis de costo beneficio para el

escalonamiento a sistemas comerciales. Los resultados muestran que se requiere de

una potencia fotovoltaica mnima de 150 W, para que el sistema de refrigeracin llegue

a una temperatura de 4C.

Palabras clave: Energa solar, Panel fotovoltaico, Absorcin, Refrigeracin.

1. Introduccin

Con el transcurso de los aos ha ido creciendo el uso de fuentes de energa

alternativa, la solar e

memoria del congreso internacional de mantenimiento industrial 2013

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