Máster en Ingeniería Industrial

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Desarrollo de un utillaje para el estudio a tracción de injertos tendinosos en hueso
(2024) Medina Hermosilla, Estiben Daniel; Reina Romo, Esther; Mora Macías, Juan; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación
La biomecánica tiene por objeto el estudio del comportamiento mecánico del cuerpo humano y resolver los problemas derivados de las diversas condiciones a las que puede verse sometido. Este trabajo se enmarca en un proyecto en el que se pretende analizar el comportamiento mecánico de diversas metodologías de fijación usadas en la clínica de un tejido tendinoso en un hueso, concretamente en la tibia, con el fin de concluir cuál es la técnica óptima en la reconstrucción del ligamento cruzado anterior. Este trabajo consiste en el diseño de un utillaje específico para llevar a cabo ensayos cíclicos y a tracción de diferentes métodos de fijación de injertos de tendón en un hueso porcino, dada su similitud con el hueso humano joven y su menor variabilidad. Este utillaje, por un lado, debe permitir el grado de libertad de giro en torno al eje de aplicación de la carga en el hueso, además del giro en torno a un eje perpendicular a este. Asimismo, debe incluir mecanismos para bloquearlos durante la realización del ensayo. Por otro lado, el utillaje debe permitir aprisionar el tendón de tal forma que no se pueda deslizar durante la aplicación de la tracción, y para ello se ha pensado en un sistema de mordazas con dientes y en las cuales se puede introducir hielo seco para fortalecer la cogida. Además, debe fijar el hueso, lo cual se hará mediante unos pines o tornillos. A lo largo del documento se describe el proceso iterativo de diseño que lleva hasta el utillaje definitivo, el cual se manda a fabricar para estos ensayos. El utillaje permite que, durante el ensayo, la tibia esté posicionada en un ángulo que permita que el tendón quede totalmente vertical y alineado con el túnel del hueso. Durante la aplicación de la carga, el hueso queda completamente fijo y el tendón no desliza respecto a la mordaza.
Diseño de subestación 220/30 kV DE 50 MVA
(2024) Pozo Gómez, María del Carmen; Riquelme Santos, Jesús Manuel; Serrano-González, Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Este trabajo presenta el diseño y análisis de una subestación eléctrica tipo elevadora de 220/30 kV, ubicada en Moneva, Zaragoza, cuya función principal es evacuar la energía generada por un parque fotovoltaico de 41,1 MW a la red. La subestación se conecta mediante una línea aérea de 220 kV a un apoyo existente de la línea entre las subestaciones Las Majas VII D y Muniesa Promotores, con dos posiciones de línea (entrada y salida). Para ello, la estructura de este Trabajo Fin de Máster se organiza en tres grandes bloques. En el Capítulo 1: Memoria, se describe la configuración de la subestación y los equipos seleccionados, detallando los sistemas principales que componen la subestación, como el sistema de servicios auxiliares, la red de tierras, control y protección, entre otros. En el Capítulo 2: Cálculos, se abordan los cálculos de los principales estudios que sirven para justificar las selecciones detalladas en el capítulo anterior, todos ellos siguiendo la normativa vigente aplicable en cada caso. Por último, en el Capítulo 3: Planos, se presenta el esquema unifilar de la subestación, así como planos básicos de planta y secciones.
Simulación y evaluación tecno-económica de diseños de megaplantas de desalación por ósmosis inversa
(2024) Cano Díaz, Álvaro; García Rodríguez, Lourdes; Montes Sánchez, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones
La desalación de agua de mar es actualmente una de las principales soluciones a la escasez de agua, debido fundamentalmente al gran crecimiento demográfico y a la problemática del cambio climático. Esta solución es, al mismo tiempo, un gran reto ingenieril que se nos presenta, ya que se trata de una tecnología que presenta grandes ventajas, pero también muestra desventajas con amplio rango de mejora, como lo son alto coste energético asociado o el tratamiento de la salmuera resultante. En una búsqueda continua de optimización energética, se presenta este trabajo que tiene como objetivo el análisis y estudio, tanto técnico como económico, de una planta de desalación de agua de mar de gran capacidad. En este caso de estudio, la capacidad será de 1 millón de m3/día, y la optimización a realizar recaerá sobre los bastidores de ósmosis. Para el análisis de la mejor solución, se han simulado distintos modelos en el software Wave de Dupont, con la composición de agua del mar Mediterráneo. Durante las simulaciones, se ha buscado conocer las configuraciones válidas, tanto cualitativa como hidráulicamente, para posteriormente volver a simularlas en el software de Energy Recovery, de recuperadores de presión. Por último, se han comparado opciones comerciales de bombas de alimentación y circulación, y tras la elección de la mejor bomba disponible, se ha realizado un análisis económico tanto en costes energéticos como en costes de inversión para cada caso de estudio. Este comparativo, unido a un posterior análisis con otras membranas de desalación, han hecho posible establecer unos escenarios óptimos. Como conclusión, se puede decir que para diseñar y optimizar un bastidor de ósmosis es fundamental una correcta selección de la membrana, con objeto de alcanzar los parámetros de calidad sin un mayor requerimiento de presión. Igualmente, una adecuada elección de la bomba de alimentación se antoja necesario, ya que ésta aporta la gran parte de los consumos energéticos de la planta.
Diseño e implantación de un sistema de generación eléctrica renovable con almacenamiento en el Palacio de Congresos de Sevilla
(2024) Baños Gallego, Carlos; Guerrero Delgado, María del Carmen; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Energética
El proyecto se centra en la mejora de una instalación de paneles fotovoltaicos ya existente en un edificio público que cuenta con una capacidad de generación de 300 kWp. La mejora propuesta como definitiva se basa en añadir baterías de almacenamiento, con el objetivo de optimizar el aprovechamiento de la energía generada y asegurar un suministro más eficiente y continuo, especialmente en momentos en los que la generación solar no es suficiente para cubrir la demanda. Para el diseño de esta mejora, se han justificado todos los cálculos necesarios, que incluyen un análisis exhaustivo del consumo energético del edificio. Este análisis permite comprender las necesidades de energía y, a partir de ahí, definir la capacidad de almacenamiento ideal que se necesita para cubrir los picos de demanda y reducir la dependencia de la red eléctrica. Además, el proyecto incluye un estudio detallado de los modelos y de los sistemas de sujeción de cada uno de los módulos solares, teniendo en cuenta las características de las diversas cubiertas de los edificios que componen el complejo. Esto asegura que la instalación sea estable, segura y eficiente, adaptándose a las especificaciones estructurales y técnicas del lugar. Finalmente, se evalúan distintas opciones de mejora, centrándose en las baterías de almacenamiento convencionales. Este enfoque se debe a factores específicos, que son explicados en el proyecto. El análisis de las alternativas considera aspectos como el coste, la capacidad de almacenamiento, la eficiencia energética, la facilidad de instalación y mantenimiento, y el impacto en el funcionamiento general del sistema.
Estudio de Modificado del Proyecto de Construcción Nueva EDAR Aglomeración de Puerto Real (Cádiz)
(2024) Tébar Adorna, Álvaro; Vilches Arenas, Luis Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
El presente documento pretende mostrar, en el ámbito de la contratación de obras públicas y desde el punto de vista de la empresa adjudicataria en servicio del promotor, el proceso de estudio del proyecto de construcción de una planta de tratamiento de aguas residuales previo a su ejecución, con el fin de resolver deficiencias propias de la fase de elaboración, incorporar mejoras al mismo y preparar la ejecución de una EDAR solvente, operativa y adaptada a las exigencias ambientales de la actualidad. El consecuente estudio de modificado para conformar un Trabajo de Fin de Máster que aquí se desarrolla, cuenta con tres características marcadas. En primer lugar, dados la extensión y el grado de detalle, el documento tiene carácter de anteproyecto o estudio, en el estricto ejercicio de comprobar, corroborar o definir correcciones, soluciones y mejoras del proyecto original. Por otra parte, la naturaleza del estudio y del modificado en sí es claramente industrial, en los ámbitos de la ingeniería hidráulica, de proceso (tratamiento de aguas) y de instalaciones. No se recogen en detalle cambios propios de la obra civil ni de la obra eléctrica, aunque sí se trata de estos dos grupos todo aquello que se ve afectado por los cambios de los tipos anteriores. Por último, la EDAR Puerto Real UTE y la Junta de Andalucía acuerdan a principios de 2023 la elaboración de un modificado del proyecto de construcción. Por tanto, se debe recalcar que el presente trabajo tiene en gran parte un valor ficticio y en muchas razones difiere de la realidad, tanto en número de modificaciones como en el alcance de estas. Este documento no tiene vinculación alguna con el acordado por las citadas partes, más allá de compartir horas de trabajo de un servidor y la ayuda de sus compañeros.
Creación de un sistema de gestión de almacén con Excel y Python para la línea de ensamblaje del vehículo Scoobic Biocargo
(2024) Maresca Bustos, Ángel; Crespo Márquez, Adolfo; Universidad de Sevilla. Departamento de Organización Industrial y Gestión de Empresas I
En este trabajo se desarrolla la creación de un sistema de gestión de almacén de piezas para la instalación de una línea de producción de un nuevo vehículo de la compañía Scoobic. Scoobic es una empresa sevillana dedicada al diseño y creación de vehículos eléctricos de reparto de última milla. La pregunta a la que se responde a lo largo del proyecto es ¿cómo se gestiona un almacén desde 0?, en los primeros capítulos comentaremos el estado del arte y discutiremos acerca de las distintas estrategias posibles en la industria de cara al almacenaje. Posteriormente se presentará la empresa para ponernos un poco más en contexto y conocer donde se ha estado trabajando durante todos estos meses. A continuación se explicará el funcionamiento de la línea de ensamblaje para la cuál vamos a gestionar el almacén para entender así las necesidades de almacenaje. Describiremos también la infraestructura de la que se dispone, tamaño del almacén, útiles y máquinas de las que se utilizarán, y analizaremos las decisiones tomadas a la hora de escoger material de almacenaje, tipos de cajas… Posteriormente se desarrollará el itinerario que se ha seguido para llevar a cabo la gestión del almacén. Este itinerario pasa por un análisis detallado de la BOM (Bill of Materials) para gestionar el almacenaje de las piezas destinadas a la creación del vehículo, utilizando programación en Excel para clasificar y estimar la ocupación del almacén. Se explicará el desarrollo de un algoritmo en Python para asignar ubicaciones y la creación de una GUI en Excel para visualizar las soluciones de almacenaje y llevar un control del almacén. Se comentarán también los problemas que se fueron encontrando con la llegada de los primeros lotes de piezas, y cómo se ajustará la planificación e implementará un sistema de control de inventario en Excel, en preparación para la futura incorporación de un ERP profesional. Este capítulo permitirá comprender como se ha llevado a cabo la gestión efectiva del almacén en la fase inicial del proyecto. Por último, se comentarán problemas encontrados y posibles soluciones propuestas.
Aplicación al área metropolitana de Huelva de una metodología para la optimización del problema de recogida de residuos orgánicos urbanos.
(2024) Hernández Martín, Guillermo; Molina Gómez, José Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Organización Industrial y Gestión de Empresas I
La Directiva (UE) 2018/851 del Parlamento Europeo y del Consejo fija la obligatoriedad de la recogida selectiva de biorresiduos o materia orgánica biodegradable para antes del 31 de diciembre de 2023 por parte de los ayuntamientos. Por este motivo, las autoridades municipales requieren la implantación de nuevos contenedores para la recogida selectiva. Dichos contenedores, de color marrón, se sumarán a los contenedores existentes para vidrio, papel y cartón, y envases ligeros. El objeto del presente estudio es la aplicación de una metodología para la optimización de la recogida de biorresiduos sólidos urbanos, particularizándolo en la ciudad de Huelva. El problema consiste en escoger la ubicación de los nuevos contenedores y el posterior diseño de las rutas de recogida. Se ha detallado la caracterización de la ciudad, densidad de población, datos de empresas líderes en el sector, y multitud de datos más con el fin de obtener resultados afines a la realidad. La metodología implementada en este trabajo, persigue mejorar los estudios realizados por empresas del sector, proporcionando un valor añadido en términos de sostenibilidad, al aportar soluciones óptimas y objetivas, que permitan la toma de decisiones sujetas a unas restricciones que pueden ser adaptadas a cada tipología de municipio. Para poder llevar a cabo todo lo anterior, se han utilizado modelos de programación lineal como herramienta de investigación. En primer lugar, se ha realizado una revisión del estado del arte del problema para poder basar científicamente los modelos de programación lineal de este trabajo final de master. A continuación, se ha desarrollado la metodología basándose en dos problemas diferentes, para los que se han desarrollado modelos de programación lineal. El primer problema se basa en un problema de localización de contenedores, que es definido como un problema multiobjetivo que considera conjuntamente la minimización del número de localizaciones y la distancia máxima a los distritos definidos. El segundo problema consiste en el posterior diseño del trazado de la ruta de los vehículos de recogida. Para el primer problema, con el fin de dar un mejor servicio a la ciudadanía, se pretende minimizar el número de localizaciones escogidas para la instalación de contenedores, a la vez que se minimiza la máxima distancia recorrida por los ciudadanos a éstos. Aplicado al caso de estudio en la ciudad de Huelva, se resuelve este problema multiobjetivo exponiendo varios escenarios para poder justificar las mejores soluciones. Para el segundo problema, el diseño de las rutas de recogida tendrá en cuenta las características del vehículo y la carga con el fin de reducir el consumo total de carburante. Finalmente se obtendrán todas las rutas de los diferentes escenarios planteados, obteniendo los costes de explotación y realizando un análisis económico financiero donde se justifique una solución de manera óptima, que evalúe el consumo de combustible, calidad del servicio prestado al ciudadano y gasto por las administraciones públicas para la adjudicación de ese servicio.
Estado del arte de sistemas de control basados en inteligencia artificial aplicados a sistemas energéticos
(2024) Serrano Madrona, Carmen Pilar; Pino Lucena, Francisco Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Energética
Como consecuencia de la transición energética actual, se persigue optimizar el rendimiento de los distintos sistemas energéticos. Para ello, al margen de los sistemas de optimización tradicionales, el uso de técnicas de Inteligencia Artificial permite mejorar la eficiencia energética de estos, gracias a su capacidad de aprender y procesar grandes conjuntos de datos para encontrar soluciones a problemas complejos en tiempo real. De esta forma, y a lo largo del presente trabajo, se presentan los principales sistemas energéticos de acuerdo a su relevancia en la transición energética y posterior aplicación de la Inteligencia Artificial, a saber; sistemas de energías renovables, sistemas de almacenamiento de energía, sistemas de climatización y sistemas de redes inteligentes, esta última por su relación y relevancia con las dos primeras. A continuación, se hará un repaso sobre la Inteligencia Artificial, incluyendo sus principales componentes, técnicas y ramas. Una vez expuestas estas dos secciones, se combinarán ambas para así presentar las principales técnicas de Inteligencia Artificial empleadas para gestionar y controlar dichos sistemas energéticos. Así, se expondrá el tipo de técnica empleada, sus principales aplicaciones a día de hoy y los siguientes pasos de acuerdo al punto de investigación en el que se encuentran.
Modelado 3D de un cubo de Rubik mediante Geometría Descriptiva Computacional. Aplicación al análisis e implementación de varios algoritmos de resolución.
(2024) Rey Álvaro, Ignacio; Prado-Velasco, Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Gráfica
Este Trabajo Fin de Máster se centrará en el diseño de un modelo de un cubo de Rubik mediante modelado 3D. Empleando para ello dos metodologías distintas, el Diseño Asistido por Ordenador y la Geometría Descriptiva Computacional. Con ello se pretenderá analizar el enfoque que tienen cada una de ellas con el objeto de ver sus aplicaciones prácticas. En una introducción se presentarán dichas metodologías exponiendo en que están basadas, así como sus campos de aplicación más comunes y posibles limitaciones que puedan presentar y sus puntos fuertes. Una vez introducido el contexto del TFM, se llevará a cabo el desarrollo del modelo del cubo de Rubik en las dos metodologías. En ambos modelos se explicará cómo se llevaron a cabo de forma detallada. Una vez los modelos están desarrollados se abrirá paso a una discusión de resultados, en dicho capítulo se hablará de forma más profunda sobre las metodologías de modelado usando como referencia el cubo de Rubik. Con esto se buscará dar una idea más clara sobre las capacidades de cada una de las herramientas de modelado usadas. Finalmente, se concluirá con una conclusión donde se hablará de una manera más general sobre ambas herramientas con un enfoque hacia el mundo profesional donde estas puedan tener un impacto.
Modelado matemático y estudio de la producción de un campo de colectores fotovoltaicos
(2024) Moreno Delgado, Jorge; Gallego Len, Antonio Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Con este Trabajo de Fin de Máster se pretende realizar un modelado matemático de un campo fotovoltaico con el objetivo de analizar cómo la distribución de estos paneles y el uso de Seguidores del Punto de Máxima Potencia (MPPT) afectan a la eficiencia del campo fotovoltaico. Un aspecto crítico de este trabajo será la evaluación del impacto de las sombras, un factor que reduce significativamente la producción de energía. El modelado del campo fotovoltaico permitirá la simulación de diferentes configuraciones y estrategias de unión de paneles fotovoltaicos, analizando el comportamiento bajo distintas condiciones de temperatura y radiación. Se realizará el análisis de cómo los MPPTs maximizan la producción de energía ajustando de manera continua los valores de voltaje e intensidad con la finalidad de obtener la máxima potencia disponible. Además de analizar las pérdidas de eficiencia generadas por las sombras y se propondrán soluciones para minimizar estos efectos adversos. Se pretende una compresión del funcionamiento de los módulos fotovoltaicos en escenarios realistas, buscando contribuir al desarrollo de campos fotovoltaicos capaces de mantener un rendimiento óptimo en condiciones ambientales variables.
Creación de un dataset de señales de tráfico y clasificación mediante redes neuronales artificiales
(2024) Perozo Torrents, Miguel; Garrido Satué, Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Este trabajo tiene como pilares fundamentales la creación de una base de datos de imágenes de señales de tráfico y la clasificación de estas señales a través del análisis de diferentes arquitecturas de redes neuronales convolucionales. Se han probado cuatro arquitecturas: una CNN Simple, una CNN Estándar, ResNet-50 y VGG19. Por último, se ha creado una pequeña interfaz gráfica de usuario que simula el comportamiento de un HUD (Head-Up Display) de un coche. Las redes neuronales convolucionales son un tipo de red que se especializa en la detección y reconocimiento de objetos dentro de imágenes, procesamiento de audio y voz. La principal diferencia respecto a las redes neuronales normales es que estas utilizan una serie de operaciones de convolución en sus capas ocultas. La base de datos ha sido elaborada desde cero, tomando recortes de frames de videos grabados en carreteras españolas en los que aparecían señales de tráfico. La base de datos posee varios niveles de preprocesamiento que permiten establecer una estandarización de los datos para luego alimentar a las diferentes arquitecturas. Dentro de la preparación se destacan técnicas y métodos como las transformaciones geométricas, cambios de perspectivas, eliminación de ruido y etiquetado normalizado de los datos. El resultado final es un conjunto de 15 clases diferentes de señales de tráfico españolas. Una vez creada la base de datos, se procede a dividirla en tres conjuntos diferentes: conjunto de entrenamiento, conjunto de validación y conjunto de prueba. Se realiza un reprocesado de los datos, normalizando el tamaño de las imágenes y estandarizando la entrada para el entrenamiento de las arquitecturas. Luego se procede al entrenamiento de las cuatro arquitecturas antes mencionadas para la clasificación de las señales de tráfico y su posterior análisis. Para ello, se ha hecho uso de diferentes métricas, como la matriz de confusión, la exactitud y el sesgo, que permiten establecer un criterio objetivo entre los resultados obtenidos para discernir cuál de las arquitecturas tiene una mejor respuesta ante la tarea de clasificación. Tras el análisis, se concluye que la mejor arquitectura es la ResNet-50, por lo tanto, esta es la que se utiliza para la implementación dentro de la interfaz gráfica de usuario. Esta aplicación posee una ventana principal que se divide en dos partes. La parte superior utiliza un video en la carretera nunca antes visto que simula lo que vería el coche en todo momento. La parte inferior es la recreación del HUD, en el que se van incorporando las señales de tráfico detectadas durante el procesamiento del video. Este trabajo demuestra la efectividad del uso de redes neuronales convolucionales en la clasificación de señales de tráfico, destacando especialmente la arquitectura ResNet-50 por su superior rendimiento. La creación de una base de datos personalizada y exhaustivamente preprocesada ha sido fundamental para entrenar y evaluar diferentes arquitecturas de redes neuronales. Además, la implementación de una interfaz gráfica de usuario que simula un HUD muestra una aplicación práctica y directa de estos avances en el campo de la inteligencia artificial. Esto no solo subraya el potencial de las redes neuronales convolucionales en la mejora de la seguridad vial, sino también su capacidad para integrarse en sistemas de asistencia al conductor, brindando una solución innovadora y eficiente.
Design and Development of a New ISOLDE Beam Dump
(2024) Martín Ruiz, José María; Navarro Robles, Alfredo; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación
La instalación ISOLDE del CERN está equipada actualmente con dos bloques de hierro no refrigerados que actúan como vertederos de haces. Fueron instalados en 1991 y actualmente operan fuera de los parámetros para los que fueron originalmente diseñados. Para garantizar la fiabilidad y la seguridad de la instalación durante los próximos años, se ha realizado un estudio para evaluar el comportamiento de los dispositivos actuales, así como la posibilidad de intercambiar los vertederos de haces de ISOLDE por nuevos modelos durante durante la Parada Prolongada 3 del CERN. La consolidación también permitiría la compatibilidad con el aumento de energía asociado al PS Booster 2.0 GeV y la actualización de intensidad que se está debatiendo actualmente. Para evaluar el comportamiento de los dispositivos actuales, se ha realizado un modelo de elementos finitos de los vertederos de haces. Los resultados del estudio de elementos finitos se han comparado con las mediciones de sensores de temperatura colocados en los vertederos de haces, y se han ajustado los parametros del modelo de elementos finitos para que reflejen mejor el comportamiento medido. Adicionalmente se ha utilizado el modelo de elementos finitos para simular el comportamiento de los vertederos de haces con energías e intensidades más altas, lo cual ha permitido establecer límites racionales para la operación de ISOLDE desde el punto de vista de los vertederos de haces. Asimismo se propone un nuevo modelo de vertedero de haces que sería compatible con la operación de ISOLDE durante el futuro a medio plazo de la instalación. La propuesta es compatible con todas las restricciones necesarias y se ha hecho un modelo de elementos finitos para evaluar que su comportamiento termo-mecánico sea el adecuado.
Proyecto de implantación de nave industrial y estudio de localización mediante SIG
(2024) Artiles Castro, Joaquín; Amaro Mellado, José Lázaro; Castillo García, Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Gráfica
Hoy en día, con la economía en constante crecimiento se realizan muchos tipos de proyectos y licitaciones, a los que los ingenieros industriales pueden optar a realizar este tipo de trabajos ya que tienen atribuciones profesionales para ello. El presente proyecto tiene como objetivo estudiar la viabilidad de implantación y la localización idónea de un edificio industrial para un uso de una gran superficie comercial, diseñar y proyectar este edificio industrial realizando el diseño, el cálculo, los planos y la presupuestación de este edificio abarcando el diseño de la estructura como las distintas instalaciones que nos encontramos en un edificio industrial de este tipo, estas son la instalación eléctrica, contra incendios, ventilación y climatización, iluminación, saneamiento, fontanería y se proyecta además un centro de transformación de abonado. Para el completo desarrollo del proyecto se utilizan distintos programas usados diariamente por profesionales para el completo desarrollo de este tipo de proyectos, estos programas serían el CYPE, DIALUX y AutoCAD, también para el estudio de la localización idónea se utiliza el programa QGIS.
Caracterización hidráulica de válvulas HowellBunger para desagüe de presas a escala reducida.
(2024) Domínguez Barquero, Markel; Vallellano Martín, Carpóforo; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación
Este documento “Caracterización Hidráulica de válvulas Howell-Bunger para desagüe de presas a escala reducida” es un trabajo fin de master, que trata de investigar y analizar características hidráulicas de válvulas tipo Howell-Bunger, ampliamente utilizadas en descargas de presas de gran caudal. Son generalmente conocidas por su alto coeficiente de descarga y capacidad para manejar grandes flujos de agua. Se caracterizan también por su forma de cono que reduce el impacto erosivo en la descarga. El estudio se basa en la caracterización de las curvas del coeficiente de descarga de las válvulas Howell-Bunger, para ello utilizando un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD), concretamente SolidWorks FlowSimulation. El coeficiente de descarga es un parámetro clave que mide la eficiencia con la que una válvula puede descargar agua, es decir la relación entre el caudal de salida del conducto con válvula y sin ella. El estudio se realiza en una válvula a escala reducida del sistema real de la válvula, presente en las instalaciones de nova hidráulica, con una escala casi 18 veces menor. Tiene como objetivo validar un modelo de simulación que reproduzca el comportamiento hidráulico de la válvula. El proyecto se encuentra dividido en dos partes principales:  Validación de la simulación de una válvula Howell-Bunger sin concentrador: Se utiliza un modelo estándar, sin concentrador, del cual se dispone de datos experimentales bien documentados. Esto permite ajustar y comprobar la precisión del modelo CFD. El flujo de agua en este caso forma un cono que se expande al salir de la válvula  Estudio de la válvula con concentrador de flujo: Se analiza el impacto del concentrador, un componente que canaliza el flujo de agua de manera más directa, lo que influye tanto en el coeficiente de descarga como en fenómenos como la cavitación. El concentrador canaliza el flujo de manera más directa, limitando la dispersión del agua y reduciendo la zona de impacto El proceso comienza con la validación del modelo computacional para la válvula sin concentrador. Modelo estudiado a partir de archivos proporcionados por la empresa Nova Hidráulica, que incluyen la geometría 3D de una válvula Howell-Bunger con distintas aperturas, desde un 10% hasta el 100%. Se llevaron a cabo dos tipos de análisis CFD:  Análisis interno: Este análisis se centra en el comportamiento del flujo de agua dentro del conducto, el fluido no sale del conducto. Es una simulación más sencilla y rápida, con menor coste computacional. En este tipo de análisis, se obtuvieron buenos resultados para aperturas mayores al 40%, con errores menores al 3%. Sin embargo, a medida que la apertura de la válvula se reduce, los errores aumentan.  Análisis externo: Este análisis incluye la interacción del flujo de agua con el aire, lo que añade mayor complejidad y un mayor coste computacional. Aunque esta simulación es más precisa, especialmente para aperturas pequeñas, requiere mucho más tiempo de cálculo. Los resultados de este análisis cubren las carencias del interno al dar resultados precisos en aperturas menores al 40% Una vez validado del modelo se estudia la influencia del concentrador y la influencia del mismo en cuanto a la cavitación. También se analiza el impacto de la rugosidad y se sacan conclusiones de todo el proceso.
Diseño avanzado de una solución de intercambio de calor usando los métodos de Bell-Delaware y Kern
(2024) Sánchez Caballero, Rubén; Sánchez Ramos, José; Álvarez Domínguez, Servando; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Energética
Este Trabajo Fin de Máster se centra en el diseño de un intercambiador de calor que haga uso de dos corrientes a diferentes temperaturas para lograr un ahorro energético significativo en la instalación. El proyecto implica enfriar una corriente caliente de makanato a través de una corriente fría de fuel oil. Este proceso permite una reducción considerable en el consumo de energía de los equipos que tratan a ambas corrientes al final del proceso, obteniendo una menor emisión de gases invernadero a la atmósfera. Inicialmente se hace una breve introducción sobre la necesidad de las empresas de maximizar la eficiencia energética en sus instalaciones debido a la actual crisis energética, indicando técnicas para lograr dicho objetivo. Una vez introducido el contexto del proyecto se explican los diferentes métodos empleados para el diseño del intercambiador, detallando los pasos a seguir para llegar a la solución del diseño. Con esto se pretende facilitar la comprensión de ambos métodos y facilitar su seguimiento mediante pasos. Posteriormente, se muestra los resultados adquiridos mediante ambos métodos, donde se comparan con los obtenidos por el fabricante a través del software HTRI. Para concluir, se presenta dos diseños alternativos por modelo elaborados a través del método de Bell-Delaware, destacando sus ventajas y limitaciones respectivas en comparación al diseño óptimo del fabricante.
Diseño de ensayos cíclicos tracción-compresión en laminados de material compuesto carbono/epoxi usando láminas convencionales y ultradelgadas
(2024) Marín Raya, Jorge; Sánchez-Carmona, Serafín; Velasco López, María Luisa; Correa Montoto, Elena; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
El objetivo de este trabajo reside en lograr realizar ensayos cíclicos sobre material compuesto carbono/epoxi, introduciendo cargas de compresión dentro del ciclo de fatiga, y evaluar si éstas, favorecen o retrasan la aparición del daño en la lámina de 90º en laminados cross-ply [04/90(n)]s, cuando se utilizan láminas ultradelgadas en lugar de láminas convencionales, siendo n el número de capas empleadas. La definición del ensayo cíclico consta de dos partes. Por un lado, se realizan ensayos de tracción y compresión estáticos independientes, con el objetivo de obtener la carga máxima de rotura de los laminados tanto a tracción como compresión. El objetivo es lograr aplicar un porcentaje de estas cargas como valores extremos de carga en los ensayos cíclicos. Para ello, se hace hincapié en buscar la configuración de ensayo óptima para compresión que evite los problemas de pandeo asociados al ensayo, lo que constituye la parte principal de este trabajo. Por otro lado, una vez encontrada la configuración idónea, se realizan ensayos a fatiga con el objetivo de analizar cada cierto número de ciclos, el daño ocasionado en la lámina de 90º. Este análisis se realiza para dos tipos diferentes de laminados con capa de 90º de gramaje ultradelgado y el otro convencional. El interés radica en observar y comparar la evolución del daño a fatiga con compresiones frente a estudios donde el ciclo de carga es tracción-tracción. Este trabajo se divide en dos partes: diseño del montaje anti-pandeo necesario para los ensayos, y por otro lado, los ensayos mecánicos necesarios, incluyendo desde la fabricación de las probetas en sala limpia, posterior curado, pulido y dimensionado de estas, hasta la obtención y análisis de los resultados junto a las diferentes conclusiones alcanzadas.
Estudio de la respuesta ante carga cíclica T-T de láminas ultradelgadas en probetas con taladro fabricadas con laminados cuasi-isótropos de material compuesto
(2024) Prieto García, Roberto; Correa Montoto, Elena; Sandino de Benito, Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
El presente trabajo nace con el objetivo de determinar la respuesta ante carga cíclica T-T de probetas con taladro fabricadas a partir de laminados cuasi-isótropos que contienen láminas ultradelgadas. Dicha respuesta tratará de establecer si el empleo de láminas ultradelgadas afecta o no al comportamiento de estructuras y componentes de material compuesto en presencia de un concentrador de tensiones, en este caso agujero. Para ello se emplea un material de fibra de carbono y resina epoxi para la fabricación de las probetas bajo cuya denominación es “NTPT THINPREGTM 402”. Con este objetivo, la organización de este Trabajo Fin de Máster se ha dividido en 5 capítulos. El primero introduce el estado del arte asociado al estudio de la respuesta de probetas con agujero de fibra de carbono, sometidas a carga cuasi-estática o cíclica de tracción. El segundo detalla la fabricación de las distintas probetas y laminados empleados en el presente estudio. El tercero consiste en la caracterización ante carga cuasi-estática de tracción, así como la observación de la aparición de daño a nivel macroscópico en el agujero y en el borde libre de la probeta. El cuarto capítulo analiza en detalle el comportamiento ante carga cíclica de tracción de los cuatro tipos de probetas estudiadas, empleándose como principal parámetro la determinación del área dañada mediante inspección por ultrasonidos. Finalmente, el quinto capítulo presenta las conclusiones del trabajo, así como los desarrollos futuros del mismo. Este trabajo incluye un minucioso proceso de fabricación que incluye el corte del preimpegnado, el apilado y posterior curado del laminado en una autoclave, el corte de las probetas y el taladrado de estas para obtener el agujero centrado, según las recomendaciones de la norma correspondiente. Los ensayos mecánicos han seguido igualmente las recomendaciones de las normativas para la caracterización de probetas de material compuesto con agujero ante cargas cuasi-estáticas y cíclicas de tracción. Finalmente se ha procedido a visualizar e inspeccionar el daño producido por dichas cargas mediante diversas técnicas, como el empleo de una cámara digital y un equipo de inspección por ultrasonidos.
Cálculo de la geometría de diseño de una vía ferroviaria a partir de medidas de sensores inerciales y GNSS tomadas durante el viaje en trenes de línea
(2024) Rodríguez Gómez, Miguel; Escalona Franco, José Luis; Urda Gómez, Pedro; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación
La industria está evolucionando cada vez más hacia la digitalización y la industria ferroviaria no es una excepción. Hay un interés creciente en el desarrollo de gemelos digitales, representaciones virtuales del vehículo ferroviario y de la vía en los que, a partir de modelos computacionales y de las medidas de sensores instalados abordo, se puede determinar el estado del sistema en tiempo real, monitoreando la evolución de distintos parámetros y variables para tomar decisiones. En este sentido, el Grupo de Ingeniería Mecánica está trabajando en el desarrollo de gemelos digitales de vehículos ferroviarios desarrollando modelos computacionales para el estudio de su dinámica y de su interacción con la vía. Un elemento indispensable para poder realizar cualquier tipo de simulación dinámica de un vehículo ferroviario es conocer la geometría de la vía sobre la que circula. Esta información puede no ser fácil de recopilar o puede estar desactualizada, por lo que en este trabajo se propone un algoritmo para obtener la geometría de diseño de la vía a partir de las medidas de sensores inerciales y GNSS montados en un vehículo comercial cualquiera. En primer lugar, se justifica la necesidad de resolver este problema describiendo las metodologías más utilizadas actualmente y algunos trabajos previos que se han realizado en torno a la reconstrucción de la trayectoria recorrida por un sistema móvil. En segundo lugar, se describen los parámetros necesarios para definir la geometría de la vía de la misma manera que se realiza en la industria ferroviaria. Se detallan las ecuaciones matemáticas necesarias y el procedimiento a seguir para poder calcular la posición de cualquier punto de la trayectoria que define una vía. En tercer lugar, se desarrolla el algoritmo explicando qué señales se reciben de los sensores, cómo se procesan para obtener una primera aproximación de la geometría, su optimización posterior y la manera de incluir en un solo resultado la información generada de varios ensayos sobre la misma vía. En cuarto lugar, se exponen los resultados obtenidos en un tramo de línea de Cercanías, así como la implementación del algoritmo en Matlab y cómo utilizar el programa. Finalmente, se discuten las conclusiones del trabajo aclarando las limitaciones del algoritmo y las posibles mejoras que se pueden llevar a cabo para superarlas.
Contribution of renewable communities to the energy transition
(2024) Sánchez Lahuerta, Juan Carlos; Arcos Vargas, Ángel; Universidad de Sevilla. Departamento de Organización Industrial y Gestión de Empresas I
Este trabajo de fin de máster estudia las comunidades energéticas (CE) en Europa y concretamente en España, haciendo hincapié en su desarrollo, potenciales modelos de negocio, impactos en la red eléctrica y su sostenibilidad en los próximos años. Se estudian diferentes aspectos que pueden afectar al alcance del desarrollo de las comunidades energéticas, ya sean técnicos, sociales o de normativa. El trabajo evalúa el desarrollo de las comunidades energéticas en Europa a través de una revisión de la literatura, datos de los últimos años, casos de estudios actuales y proyecciones de futuro. Explora modelos de negocio que ayuden a diversificar las comunidades energéticas a la vez que se simulan sus efectos en los usuarios finales, la red y las emisiones. Para ello, se hace uso de estudios previos y de una base de datos creada a partir de datos de organizaciones como ReScoop. También se realizará una comparativa del nivel de éxito de algunos modelos de negocios, particularmente en una comparación entre Alemania y España, considerando diferentes aspectos como la tecnología de generación instalada, sus estructuras legales, financieras y número de miembros. Se analiza la adaptabilidad de las comunidades energéticas a través de los cambios de normativa en los últimos años y su importancia en conseguir los objetivos de emisiones netas de la Comisión Europea. Los tres modelos servirán para analizar el impacto de las comunidades energéticas a través de simulaciones en redes y de viabilidad económica, viendo cómo afecta a sus miembros y a los beneficios económicos de las comunidades energéticas.
Planta de secado de residuos procedentes de una EDAR mediante energía solar fotovoltaica
(2024) Soriano López, Gabriel; Cubero Moya, Andrés; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
La gestión eficiente de los lodos de depuradora es esencial para la sostenibilidad urbana. Estos lodos, compuestos principalmente de agua después del tratamiento, requieren métodos efectivos para deshidratarlos y reducir la presencia de patógenos, en los cuales la generación térmica juega un papel crucial. Uno de los mayores desafíos en este proceso es el alto consumo de energía que se demanda durante la etapa final del tratamiento, el secado. Históricamente, este proceso ha dependido de fuentes convencionales como el carbón, el gas natural y la electricidad, que no solo son costosas, sino que también tienen un impacto ambiental significativo. Para abordar estos desafíos, se está impulsando la adopción de sistemas de secado que fomenten la utilización de energía solar como fuente energética. Esta tecnología ofrece una alternativa limpia y sostenible para generar el calor necesario sin recurrir a combustibles fósiles. El uso de energía solar no solo reduce los costos operativos asociados con el calor térmico, sino que también optimiza el almacenamiento, manipulación y transporte de los lodos, resultando en una gestión más eficiente y económica. Además, este enfoque promueve la higienización de los lodos, convirtiéndolos en un recurso valioso como fertilizante para suelos agrícolas. Por tanto, en este proyecto se va a diseñar una planta de secado de residuos procedentes de una EDAR empleando como fuente de energía la energía solar fotovoltaica. Finalmente, se analizará desde el punto de vista económico la rentabilidad de integrar los sistemas fotovoltaicos en las aplicaciones de secado térmico

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