Grado en Ingeniería Mecánica

Permanent URI for this communityhttps://hdl.handle.net/10171/41147

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    Mobility systems with hydrogen: fuel cells or internal combustion engines.
    (Servicio de Publicaciones. Universidad de Navarra., 2024-12-02) Rodríguez-Pascual, M. (Marta); Gómez-Acebo, T. (Tomás)
    In recent years, the need for sustainable and environmentally friendly transportation options has become increasingly evident. There is an obvious fossil fuel dependency in the automotive industry, and with an increase in greenhouse gas emissions, there is an urgent need for an alternative. Because of all of the mentioned, hydrogen has emerged as a candidate for powering mobility systems. It is an abundant resource, with a high energy density that can have a zero- emission potential if used correctly. The use of hydrogen as fuel represents several challenges: the production, storage and transportation infrastructure, as well as the lack of widespread availability for refueling stations, which complicates the implementation. However, the aim of this thesis is to conduct a comparative analysis of two hydrogen-based mobility systems: fuel cells and internal combustion engines. For this, all of the previous challenges presented will not be considered, as the main focus is to determine which of these two technologies would be more efficient to obtain an optimal use of hydrogen. One of the main considerations in this transition is the cost-effectiveness and feasibility in adopting either of the technologies. While fuel cell technology has made significant advances, it still needs infrastructure development and a reduction of production costs. On the other hand, modified internal combustion engines offer a readier to implement alternatives, which could be more affordable but could imply a smaller emissions reduction and energy efficiency. Besides cost considerations, environmental benefits are to be considered, as well as energy efficiency. By conducting a comprehensive comparative analysis, this thesis aims to provide insights into the viability and trade-offs between using the two technologies in the context of hydrogen-based mobility systems. It will also focus on heavy-duty trucks and transportation sector and potential benefits and market for these systems.
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    Análisis numérico de la respuesta mecánica de implantes ortopédicos bajo cargas fisiológicamente relevantes.
    (Servicio de Publicaciones. Universidad de Navarra, 2024-07) Carrillo-Usandizaga, E. (Elena); Rodriguez-Florez, N. (Naiara)
    En este proyecto, se han desarrollado y perfeccionado tres tipos de implantes ortopédicos: cadera, rodilla y disco intracervical. A través de un enfoque integral que incluye el diseño de los implantes, simulaciones de diversas actividades físicas y una optimización topológica, se ha buscado crear prótesis que sean altamente precisos y eficaces, adaptables tanto para personas mayores como para jóvenes que puedan sufrir alguna enfermedad degenerativa que les impida el correcto movimiento. El diseño y la estandarización meticulosos para cumplir con las especificaciones anatómicas, han sido imprescindibles para poder simular diversos escenarios de actividades físicas diarias y que estas actividades se aproximen lo máximo posible a la realidad. Estas simulaciones han permitido evaluar la respuesta de los implantes bajo diferentes condiciones. Con el fin de garantizar la precisión de las simulaciones, se ha realizado un análisis de sensibilidad detallado de desplazamientos, deformaciones y tensiones. Asimismo, la elección de la malla adecuada ha sido clave para optimizar el tiempo de simulación sin comprometer la calidad de los resultados. La optimización topológica se ha enfocado en la ligereza del implante y la mejora tanto en el rendimiento como en la durabilidad. La introducción de porosidades estratégicamente ubicadas, ha demostrado ser un desafío, debido al aumento en las deformaciones; por ende, la inserción debe de ser minuciosamente controlada. Este proyecto representa un avance significativo en el diseño de los implantes ortopédicos y su optimización. La combinación del diseño preciso, simulaciones varias y optimización topológica ha resultado en implantes que no solo son funcionales y seguros, sino que también ligeros y adaptables a diferentes niveles de actividad física. Este trabajo promete mejorar la calidad de vida de los pacientes; especialmente de los más jóvenes, permitiéndoles llevar una vida activa y saludable.
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    Caracterización de diagramas CCT para aceros microaleados con Nb.
    (Servicio de Publicaciones. Universidad de Navarra., 2020-10) Garitano-Olaizola, C. (Cristina); Isasti-Gordobil, N. (Nerea)
    En el presente proyecto se han elaborado 4 diagramas CCT para el mismo acero microaleado con Nb, pero distintas condiciones de deformación. El principal objetivo es analizar la influencia de la deformación acumulada en la austenita en la cinética de transformación. Para ello se han realizado ciclos que contienen deformaciones a temperaturas superiores e inferiores a la temperatura de no recristalización del material. En primer lugar, se han ensayado las muestras en el dilatómetro, según los ciclos definidos. Se han realizado enfriamientos a velocidades de: 0,1°C/s, 0,5°C/s, 1°C/s, 2°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 50°C/s, 100°C/s y 200°C/s en los 4 ciclos. En segundo lugar, se han preparado las muestras en metalografía para analizar la microestructura obtenida. Se han definido las fases existentes a partir de las observaciones realizadas en el microscopio óptico y los ensayos de dureza Vickers realizados. A partir de los datos obtenidos en el dilatómetro, se han calculado las temperaturas de inicio y fin de la transformación. En tercer lugar, se han elaborado los diagramas CCT con los datos obtenidos en el microscopio óptico, ensayos de dureza Vickers y temperaturas de inicio y fin de la transformación. En cuarto y último lugar, se ha elaborado un modelo matemático que permite predecir las temperaturas de inicio y fin de la transformación, durezas Vickers y tamaño de grano de la ferrita, para poder simplificar la elaboración de los diagramas CCT, puesto que realizar dichos diagramas de forma experimental es más costosa que realizarlas mediante datos obtenidos de forma analítica.
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    Máquina de corte mediante hilo diamantado para aplicaciones en obra.
    (Servicio de Publicaciones. Universidad de Navarra, 2019-10-03) Amador-Ceballos, A. (Ander); Avello-Iturriagagoitia, A. (Alejo)
    En el presente proyecto, se quiere diseñar una máquina de corte mediante hilo diamantado capaz de competir con las tecnologías existentes en el mercado, en lo que a aplicación en obra se refiere. La máquina se piensa para el corte de tuberías de PVC y otros materiales como hormigón y fundición de hasta 400 mm de diámetro. Como novedad se introduce un alto grado de seguridad respecto a las alternativas y una mayor portabilidad. Para ello la máquina cuenta con una carcasa en la que se incorporan varios volantes en los que se apoya el cable y estos a su vez le transmiten el movimiento. La carcasa está unida mediante dos guías y un tornillo de avance, que trasmite el movimiento vertical, a una estructura trasera. Por otro lado, esta incorpora un sistema de sujeción al tubo a cortar. Para el desarrollo de la presente, se toma como base la experiencia en el corte con hilo de la compañía Winterstone. Como primera etapa se diseña la máquina pieza a pieza en el programa PTC Creo Parametric en la versión 6.0.1.0. Obtenido el primer prototipo, este se mejora añadiendo elementos en función de las necesidades que surgen. Una vez decidido el diseño de partida, se construye un primer prototipo por parte de una empresa externa. Las motorizaciones que se incorporan son motorizaciones sobredimensionadas ya que no se dispone de ninguna máquina de tipo desarrollada anteriormente. Para la elección de los mismos se lleva a cabo un estudio de diferentes motorizaciones. Se estudia la posibilidad de instalar un sistema hidráulico, uno eléctrico y uno térmico, posteriormente se discute los puntos positivos y negativos de cada uno de ellos y se decide cual es la mejor elección. Con el mismo se llevan a cabo los test con un prototipo sobredimensionado en cuanto a motor se refiere y para su correcta calibración se incorpora un variador de potencia, mediante el cual se va regulando la potencia entregada y se intenta llegar al mínimo número de revoluciones siempre y cuando el corte se desarrolle correctamente. Además, se medirá el consumo, la tensión necesaria en el hilo y otros parámetros importantes para la optimización de la máquina tanto en coste como en peso, ya que son dos de los factores más importantes a la hora de intentar competir con las tecnologías anteriormente mencionadas. Con los datos para el óptimo uso de la máquina, se rediseñan elementos de la misma, sobredimensionados en un principio debido a la falta de datos a la hora de hacer el diseño antes de los test y se vuelve a probar el prototipo final.
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    Diseño, simulación y validación por elementos finitos de sistemas flexure para aplicaciones micro-robóticas.
    (2019) Angulo-Elizari, E. (Enrique); Justo Pereira, X.(Xabier); Celigüeta-Lizarza, J.T. (Juan Tomás)
    El documento aquí presentado corresponde a la memoria de un proyecto realizado durante el primer semestre del año 2017 en el Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas de Guipúzcoa bajo la dirección de Juan Tomás Celigüeta. El proyecto busca otorgar el título de ingeniero mecánico a Enrique Angulo Elizari, graduado por la Escuela de Ingenieros de la Universidad de Navarra, TECNUN, en el grado de ingeniería mecánica. Hoy en día, las aplicaciones tecnológicas buscan la miniaturización de los productos de forma que sean más manejables. Dicha necesidad lleva a la tecnología a crear nuevas maneras de trabajar, dando lugar así a la micro-robótica. Este desarrollo de nuevas tecnologías ha facilitado muchos procesos. A pesar de esto, el reto está en producirlos a un coste económico. Las aplicaciones son variadas, desde el sector de la automoción hasta la biomedicina, donde está siendo imprescindible su desarrollo. El proyecto se basa en el diseño y validación de unos sistemas flexibles para aplicaciones micro-robóticas, centradas en el mundo clínico. El proyecto consiste en diseñar un sistema de varios grados de libertad que permita realizar movimientos, principalmente giros, del orden micro y nano. Para esto es imprescindible la geometría y los materiales usados. El proyecto tiene tres fases principales: el análisis de sistemas ya existentes sometidos a esfuerzos comparados con sus modelos matemáticos teóricos, el diseño de nuevos sistemas y su validación por métodos numéricos usando programas de simulación por elementos finitos. En una cuarta fase, se estudiará la posibilidad de medir experimentalmente los resultados obtenidos anteriormente mediante un sistema de galgas extensiométricas. Además, se estudiarán sus técnicas de fabricación. En este documento están desarrolladas las tres primeras partes del proyecto total.
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    Diseño de mecanismo soft-push para cajoneras.
    (2016-03-11) Ortubia-Pejenaute, I. (Iñigo)
    El mundo del herraje de mueble está muy ligado a las tendencias, y por tanto se encuentra sometido a un constante cambio. La forma en la que el usuario interactúa con el hogar cambia en la medida en que lo hace su estilo de vida. Por tanto, la exigencia que el usuario demanda a sus muebles se ve incrementada año a año, forzando de esta manera una innovación continua de los mecanismos que los hacen funcionar. Una de las últimas tendencias consiste en tener un frente del mobiliario limpio, lo cual se consigue eliminando los tiradores en el frente de los cajones que lo componen. Al no disponer de un soporte fijo que nos permita tirar del cajón para abrirlo, el sistema se apoya en un elemento denominado push. Este mecanismo se constituye por dos elementos principales: un imán y un muelle. Su funcionamiento consiste en que, al realizar una presión moderada en el frente del cajón, el muelle (que se encuentra comprimido) queda liberado de tal forma que empuja el sistema permitiendo su apertura. Cuando se desea cerrar el cajón se empuja el frente venciendo el muelle del push, volviéndolo a comprimir. Cabe destacar que este sistema contiene una guía en tipo latch en su interior que permite mantener el muelle en su estado comprimido, y, tras realizar la primera presión en el frente, liberarlo. El imán se encargará de mantener el frente en su lugar cuando se encuentre cerrado. Por tanto, debido a las ventajas estéticas y funcionales que presenta el sistema de push, hoy en día la tendencia consiste en instalar este tipo de sistema en los muebles.Por otro lado, este sistema también presenta sus inconvenientes. El más destacable de ellos es que, en un principio, es incompatible con uno de los sistemas más importantes en la industria del herraje para mueble: el cierre amortiguado. Este tipo de cierre se compone de dos elementos básicos: un muelle y un amortiguador. El objetivo del sistema consiste en que, pese a realizar un cierre de cajón brusco, el fin de carrera sea amortiguado y suave. Esto se consigue gracias al amortiguador, que absorbe la energía cinética del cierre. Si sólo dispusiésemos del amortiguador el cierre del cajón no llegaría a realizar por completo su carrera. Por ello disponemos de un muelle que durante la apertura se tracciona. Mediante un gatillo conseguimos que el muelle se mueva solidario con el cajón (manteniéndose traccionado) hasta que comienza la parte final de la carrera del cierre. En este momento el gatillo se activa liberando el muelle que, a su vez, forzará al cajón a luchar contra el amortiguador, cerrando el cajón. La mencionada contradicción de estos sistemas se encuentra en el hecho de que ambos utilizan un muelle durante la apertura, demandando uno de ellos una energía externa para cargarse, y el otro aportándola. Durante la apertura del cajón, en el caso de que el push almacene suficiente energía elástica como para vencer el rearme del sistema del amortiguador y a su vez permitir la apertura del cajón, no habrá mayor problema. La incompatibilidad viene durante la carrera de cierre, donde intentaremos rearmar un push luchando contra un amortiguador diseñado para disipar energía.Por tanto, se desea diseñar un sistema que consiga combinar sendos mecanismos evitando que se enfrenten durante el cierre.
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    Modelización estructural de un neumático de competición por el método de los elementos finitos.
    (Servicio de Publicaciones. Universidad de Navarra., 2014) Celigüeta-Azurmendi, M.C. (María del Coro); Gonzalez-Prada, J. (Jorge)
    En este proyecto se ha desarrollado un modelo estructural completo de un neumático de competición empleando el Método de los Elementos Finitos, que se ha empleado para obtener su comportamiento ante las fuerzas transmitidas por el suelo, empleando el programa Abaqus. El neumático es un modelo DUNLOP SP SPORT 175/505 R13, empleado principalmente para la Formula Student. La mayor parte de la información de definición del neumático (geometría, materiales,…) se ha obtenido de la bibliografía, en particular de la tesis doctoral de X. Yang [4]. La sección transversal del neumático está definida en un modelo CAD, empleando el programa Creo, partiendo de los dibujos existentes en la bibliografía. Las superficies de las fibras de refuerzo se han definido dibujándolas en el modelo de Abaqus/CAE. El modelo emplea elementos sólidos 3D para representar el caucho y el aro de refuerzo de acero. Los materiales que forman el caucho del neumático se han caracterizado como materiales hiperelásticos y viscoelásticos, empleando valores numéricos obtenidos de la bibliografía. Los refuerzos de fibras se incluyen en el modelo de elementos finitos mediante la función rebar layers que representan barras de área conocida a una separación dada. Estas capas son soportadas por elementos de superficie, que a su vez son embebidos en el modelo sólido que representa el caucho. Las fuerzas se aplican sobre el neumático mediante un modelo de contacto con rozamiento entre el neumático y el suelo. Este suelo se representa mediante una superficie matemática plana infinitamente rígida, sobre la cual se aplican las fuerzas exteriores. Se han desarrollado tres modelos de complejidad creciente. En primer lugar se desarrolla un modelo de un cuarto de neumático, que se emplea para estudiar la respuesta ante fuerzas puramente verticales, que son doblemente simétricas. El estudio se ha efectuado para la carga vertical nominal del neumático de 750 N a la presión nominal de inflado de 80 KPa. Para el estudio ante fuerzas verticales y transversales se ha desarrollado un modelo de la mitad del neumático, empleando para ello las funcionalidades de Abaqus de aplicar simetrías especulares. Finalmente se ha desarrollado un modelo completo del neumático, también empleando la capacidad de Abaqus de crear copias simétricas. Este modelo se emplea para estudiar la respuesta ante fuerzas en el suelo en las tres direcciones. Como respuesta del neumático se obtienen sus deformaciones, las tensiones en el material y las reacciones en la llanta. También se obtienen las presiones en el contacto con el suelo.