Lot production size problem and simulation of urban transport

OBJECTIVES AND STUDY METHOD: There are two subjects in this thesis: “Lot production size for a parallel machine scheduling problem with auxiliary equipment” and “Bus holding for a simulated traffic network”. Although these two themes seem unrelated, the main idea is the optimization of complex systems. The “Lot production size for a parallel machine scheduling problem with auxiliary equipment” deals with a manufacturing setting where sets of pieces form finished products. The aim is to maximize the profit of the finished products. Each piece may be processed in more than one mold. Molds must be mounted on machines with their corresponding installation setup times. The key point of our methodology is to solve the single period lot-sizing decisions for the finished products together with the piece-mold and the mold-machine assignments, relaxing the constraint that a single mold may not be used in two machines at the same time. For the “Bus holding for a simulated traffic network” we deal with One of the most annoying problems in urban bus operations is bus bunching, which happens when two or more buses arrive at a stop nose to tail. Bus bunching reflects an unreliable service that affects transit operations by increasing passenger-waiting times. This work proposes a linear mathematical programming model that establishes bus holding times at certain stops along a transit corridor to avoid bus bunching. Our approach needs real-time input, so we simulate a transit corridor and apply our mathematical model to the data generated. Thus, the inherent variability of a transit system is considered by the simulation, while the optimization model takes into account the key variables and constraints of the bus operation. CONTRIBUTIONS AND CONCLUSIONS: For the “Lot production size for a parallel machine scheduling problem with auxiliary equipment” the relaxation we propose able to find solutions more efficiently, moreover our experimental results show that most of the solutions verify that molds are non-overlapping even if they are installed on several machines. We propose an exact integer linear programming, a Relax&Fix heuristic, and a multistart greedy algorithm to solve this problem. Experimental results on instances based on real-world data show the efficiency of our approaches. The mathematical model and the algorithm for the lot production size problem, showed in this research, can be used for production planners to help in the scheduling of the manufacturing. For the “Bus holding for a simulated traffic network” most of the literature considers quadratic models that minimize passenger-waiting times, but they are harder to solve and therefore difficult to operate by real-time systems. On the other hand, our methodology reduces passenger-waiting times efficiently given our linear programming model, with the characteristic of applying control intervals just every 5 minutes.

Análisis estructural de un filtro de aceite sellado mediante el método de elemento finito

La industria automotriz en México se encuentra en continuo crecimiento, convirtiéndose en años recientes en un importante participante en la producción de vehículos a nivel mundial. El presente proyecto de investigación surge en una empresa de giro automotriz dedicada principalmente a la producción de filtros de aire y aceite. A través del tiempo y a medida en que los automóviles van evolucionando, la empresa debe cumplir las exigencias que se presentan año tras año por lo que se requiere cumplir con un estándar de calidad con el menor costo de producción posible. Los filtros de aceite están diseñados con el propósito de atrapar aquellas partículas de contaminantes contenidas en el aceite que pudieran dañar las partes del motor. El principal objetivo planteado en este trabajo fue analizar el comportamiento mecánico de dos elementos de un filtro de aceite durante el sellado del mismo, analizando su comportamiento en conjunto con los demás elementos del filtro. Así mismo, se evaluó la respuesta mecánica de los elementos estudiados durante una prueba mecánica para validar el funcionamiento adecuado antes de operación. Las pruebas mecánicas realizadas y los distintos diseños de elementos se propusieron indicando las partes modificadas. Se realizaron diferentes propuestas de diseños de espoleta para posteriormente realizar un análisis estructural mediante el método de elemento finito. En los diseños realizados se consideraron 3 variables principales, que son: el área de contacto entre los elementos, el cuerpo de espoleta y el nervio de espoleta. La geometría de la espoleta influyó considerablemente en el comportamiento mecánico durante el análisis estructural, medidas que se pueden tomar sin tener que adoptar un material con altas propiedades mecánicas para mejorar el comportamiento mecánico. Al aumentar el área de contacto entre los elementos de análisis, el esfuerzo generado en la espoleta obtiene una disminución considerable. En el presente estudio se desarrolló una metodología de diseño que permitió estudiar cambios geométricos virtuales en la espoleta. Dicha metodología puede ser adoptada por la empresa para este tipo de estudios, ahorrando costos y disminuyendo tiempos de fabricación. Este trabajo abre nuevas líneas de investigación relacionado al análisis de filtros de aceite, tales como: simulaciones considerando nuevas propuestas de material, modelos que involucren cambios geométricos en otros componentes del filtro para ahorro de material y simulaciones que involucren el sistema unificado del filtro.

Desarrollo y Aplicación de Herramientas Teóricas, Numéricas y Códigos Computacionales en Dinámica de Gases para Ingeniería Aeronáutica

Objetivos generales: • Desarrollo de un código utilizando programación orientada objeto y Fortran 2003 para simulación de flujos de gases de alta entalpía incluyendo efectos químicos. • Mejora de técnicas numéricas con la finalidad de simular flujos gas dinámicos con alta entalpía y químicamente activos. • Mejora de la comprensión del fenómeno de intermitencia caótica. • Mejorar en la comprensión, implementación y utilización del código openFOAM para la simulación de flujos de interés en la industria aeroespacial. Objetivos específicos: • Poseer la capacidad de simular las ecuaciones de la dinámica de gases tridimensionales, químicamente activas y dependientes del tiempo usando volúmenes finitos mediante códigos propios. • Continuar con el desarrollo de la nueva teoría que permite una descripción más adecuada y precisa del fenómeno de intermitencia como una de las rutas hacia el caos. • Adaptar el código openFoam para la simulación de la dinámica del flujo de gases con elevada entalpía y/o reactivos. • Aplicación de los códigos desarrollados a la simulación de flujos de interés aeronáutico tales como chorros supersónicos, flujos supersónicos alrededor de objetos en vuelo atmosférico y procesos de combustión difusiva. Resultados esperados • Obtención de un código numérico en volúmenes finitos mediante programación orientada a objeto desarrollado en la UNC con la capacidad de simular flujos gas-dinámicos, tridimensionales, viscosos, químicamente activos y dependientes del tiempo. Este código será la base para un programa de multifísica en flujos gaseosos que en un futuro deberá incluir ionización y simulación de flujos magnetohidrodinámicos compresibles. • Desarrollo y/o mejora de técnicas numéricas para la solución de flujos gas-dinámicos químicamente activos. Se continuará con la investigación que usa distintas funciones limitadoras para distintas ondas. • Mejora del conocimiento sobre fenómenos que presentan intermitencia caótica. Se continuará con la teoría que está actualmente en desarrollo por integrantes del grupo en colaboración con investigadores de universidades de España. Principalmente se pondrá énfasis para obtener una formulación más general de la teoría mediante el desarrollo de una técnica de perturbación que permita aproximar cualquier función no lineal que gobierna el proceso de reinyección. • Implementación del código openFOAM para simular flujos supersónicos y procesos de combustión. Se generarán librerías específicas para utilizar este software en aplicaciones de flujos compresibles. • Se espera alcanza una mejor descripción numérica del fenómeno de chorros supersónicos sub-expandidos que impactan sobre paredes sólidas.

Sistema de transmisión para vehículo de tracción trasera y motor delantero

El objetivo del proyecto es realizar el diseño de un sistema de transmisión para un vehículo de motor delantero y tracción trasera, haciendo especial hincapié en el diseño del segundo elemento de la transmisión: la caja de cambios. Se deben asegurar las prestaciones dadas por la ficha técnica del vehículo, un Ford Sierra xR4i 2.8, así como la transmisión de potencia máxima (150 CV/110 kW) y de par torsor (216 N·m/22 kg·m) del motor, el número de velocidades y las relaciones de marcha en la caja de cambios, la reducción final en el diferencial y los desarrollos. Para ello, se han estudiado, seleccionado (mediante catálogo comercial) y diseñado los distintos elementos del sistema de transmisión: embrague, caja de cambios, árbol de transmisión y diferencial. La aplicación del proyecto no está enfocada al mercado, es decir, no se va a comercializar la transmisión sino que esta será homologada para su uso particular, no competitivo, dentro de un circuito cerrado. Para llevar a cabo este proyecto se han dejado a un lado el estudio, la selección y el diseño de componentes eléctricos y electrónicos, ya que este se trata de un proyecto mecánico centrado en el diseño de los órganos de transmisión: ejes, rodamientos, elementos de unión, chavetas, engranajes... Los mecanismos desarrollados han sido los siguientes: - Embrague de discos de fricción. Concretamente, un embrague monodisco. - Caja de cambios de cinco velocidades montada sobre tres ejes (primario, intermedio y secundario). - Árbol de transmisión compuesto por un eje de sección circular hueca y dos juntas cardan de elección comercial a cada lado. - Diferencial convencional.

Las infraestructuras de recarga y el despegue del vehículo eléctrico.

Este trabajo revisa la evolución y estado actual de la automoción eléctrica; analiza las ventajas ambientales, de eficiencia energética y de costes del motor eléctrico frente al de combustión interna; y presenta como limitaciones para el uso del vehículo eléctrico, el desarrollo actual de las baterías recargables y la lenta implantación de electrolineras. Con el objetivo de contribuir al desarrollo de una actividad económica respetuosa con el medio ambiente y basada en nuevas tecnologías, se proyecta, a partir de experiencias previas, una instalación de puntos de recarga para una ciudad de 50.000 habitantes con un parque de 100 vehículos eléctricos que dispone de dos plazas de recarga rápida (poste trifásico 400V CA), siete plazas de recarga lenta (postes monofásicos 230V CA) y de 50 módulos fotovoltaicos que producen diariamente la energía equivalente a la recarga lenta de un vehículo en los meses fríos y de dos en los meses cálidos.

Cohetes y astronáutica.

En una primera parte se explica la diferencia entre la propulsión cohete y los otros sistemas de propulsión de los vehículos que se mueven por el espacio junto a la diferencia entre el motor-cohete y los otros motores de aviación. En una segunda parte se describe el tamaño, el tiempote combustión y el propulsante de diferentes cohetes desde el V-2 y se mencionan ciertos sistemas de teleguiado.

Projeto e construção de um motor de pistões axiais de vazão fixa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização microestrutural de uma estrutura tubular aeronáutica submetida a sucessivos reparos de solda TIG

This work examines the possible effects of successive repair procedures on the microstructure of welded steel SAE 4130 by TIG welding process. Discussions and results were made about the metallographic analysis , non-metallic inclusions and microhardness tests , which were conducted on samples taken from the cradle engine component after the end of its life , a model airplane T-27 Tucano , made by EMBRAER and belonging were performed FAB . The choice of such component is due to the fact that this is critical to flight safety since it provides support for the aircraft engine . Thus regions of the weld metal , base metal and heat affected , with samples of the original weld bead , free of weld bead and also with four rework procedures for TIG welding zone were analyzed . It was found that after the fourth rework there is an increase in the amount of martensite , which may weaken the material with respect to resistance to fatigue. It was also found that the regions of the heat affected zone and weld metal have higher microhardness values when compared to those found in the base metal due to favoring the formation of ferritic and tempered martensite microstructures . Moreover, a welding process promotes a region with less non-metallic inclusions than metal base , which also explains the difference in the results obtained

Alterações microestruturais decorrentes dos sucessivos reparos de solda TIG aplicados ao longo da vida útil de uma estrutura aeronáutica crítica à segurança de vôo

The steel type AISI 4130 (ultra-high strength steel) is an alloy of low carbon and its main alloying elements are chromium and molybdenum, which improves the toughness of the weld metal. It has numerous applications, especially where the need for high mechanical strength. It is widely used in equipment used by the aviation industry, such as cradle-tomotor, and this is the motivation for this study. Cots are of fundamental importance, because the engine supports and maintains balance in the fixed landing gear. This equipment is subjected to intense loading cycles, whose fractures caused by fatigue are constantly observed. Will be determined the effects caused by re-welding the structure of aeronautical equipment, and will also study the microstructure of the metal without welding. The studies will be done on materials used in aircraft, which was given to study. The results provide knowledge of microstructure to evaluate any type of fracture that maybe caused by fatigue. Fatigue is a major cause of aircraft accidents and incidents occurred, which makes the study of the microstructure of the metal, weld and re-solder the knowledge essential to the life of the material. The prevention and control of the process of fatigue in aircraft are critical, since the components are subjected to greater responsibility cyclic loading

Projeto e análise de um sistema de ancoragem para um motor foguete a combustível líquido

This work aims the design and analysis of a thrust frame system for a liquid fuel rocket engine. The project was developed following the design requirements established by the Division of Space Propulsion of the Institute of Aeronautics and Space. The layout of the structure was developed with the aid of a software of 3D modeling and static and dynamic analysis were performed by using a finite element package. The results of the analyzes helped in defining the layout of the structure which met all design requirements. The safety factor and the mass achieved were comfortably low, which may be useful in the future because the liquid fuel rocket engine is still in development

Influencia del porcentaje de biodiésel en el rendimiento térmico de un motor diésel ligero ensayado en Tráfico real.

La utilización de biocombustibles derivados de aceites vegetales es una opción válida para contribuir a la reducción de emisiones de CO2 y extender la vida de los combustibles convencionales. El biodiésel (mezcla de ésteres metílicos de ácidos grasos) mezclado con gasóleo en motores diesel es una opción ya conocida, pero el análisis del comportamiento del motor en un vehículo ligero en tráfico real es aun un tema poco investigado. El objeto de esta ponencia es presentar la metodología de ensayo y los resultados obtenidos en un trabajo de investigación sobre el efecto que la variación del porcentaje de biodiesel en gasóleo tiene en las prestaciones del motor y su rendimiento térmico en tráfico urbano real. Las medidas se han realizado con equipos embarcados en un vehículo y utilizando el biodiesel producido en la Universidad de la Frontera en Temuco (Chile) mezclado en proporciones diferentes con gasóleo suministrado por Repsolypf, S.A., caracterizado en laboratorio. Los ensayos se han realizado en la ciudad de Madrid con un SEAT León TDI 2.0 con un solo conductor y aplicado dos estilos de conducción diferentes: agresiva y eficiente, caracterizadas según trabajos anteriores. Los resultados obtenidos en consumo de combustible no son los que cabía esperar en base al poder calorífico y la densidad de la mezcla, y no siguen los obtenidos en otras investigaciones realizadas en banco de pruebas. Para explicar esta discrepancia se aportan los resultados de un estudio de la energía aportada por el motor en cada instante seguido de una análisis estadístico de todo el volumen de datos obtenidos para presentar los resultados en una nueva forma que muestra cómo la potencia demandada en el vehículo es menor y el rendimiento térmico del motor diesel mejora al aumentar el porcentaje de biodiesel.

Estudio de la influencia de los sistemas Stop/Start sobre el consumo de combustible y las emisiones de CO2 de un vehículo diesel en tráfico urbano.

Se presentan los resultados experimentales de un estudio realizado en el Laboratorio de Motores Térmicos de la ETSII de la UPM para evaluar el impacto en eficiencia energética y medioambiental de la tecnología Stop/Start en vehículos todoterreno con motor diesel, en condiciones de tráfico real urbano. Se realizaron ensayos urbanos con vehículos Land Rover Freelander2 en la zona central de la ciudad de Madrid midiendo la emisión instantánea de CO2 y de CO con equipos de medida de emisiones embarcados, y el consumo de combustible se calculó a partir del “balance de carbonos” midiendo el caudal de gases de escape mediante un caudalímetro de desarrollo propio. Se utilizaron dos vehículos todoterreno con motor diesel semejante, ambos cumpliendo los mismos límites Euro 4 para vehículos ligeros, uno convencional y otro adaptado con sistema Stop/Start. Se obtuvieron curvas de tendencia de consumo de combustible y de emisión de CO2 con la velocidad media, que demuestran el significativo efecto de mejora en la eficiencia energética de la versión de motor adaptado con sistema Stop/Start.

Sistema para cambiar la geometría de un motor

En este proyecto se desarrolla un sistema electrónico para variar la geometría de un motor de un monoplaza que participa en la competición Fórmula SAE. Fórmula SAE es una competición de diseño de monoplazas para estudiantes, organizado por “Society of Automotive Enginners” (SAE). Este concurso busca la innovación tecnológica de la automoción, así como que estudiantes participen en un trabajo real, en el cual el objetivo es obtener resultados competitivos cumpliendo con una serie de requisitos. La variación de la geometría de un motor en un vehículo permite mejorar el rendimiento del monoplaza consiguiendo elevar el par de potencia del motor. Cualquier mejora en del vehículo en un ámbito de competición puede resultar determinante en el desenlace de la misma. El objetivo del proyecto es realizar esta variación mediante el control de la longitud de los tubos de admisión de aire o “runners” del motor de combustión, empleando un motor lineal paso a paso. A partir de la información obtenida por sensores de revoluciones del motor de combustión y la posición del acelerador se debe controlar la distancia de dichos tubos. Integrando este sistema en el bus CAN del vehículo para que comparta la información medida al resto de módulos. Por todo esto se realiza un estudio aclarando los aspectos generales del objetivo del trabajo, para la comprensión del proyecto a realizar, las posibilidades de realización y adquisición de conocimientos para un mejor desarrollo. Se presenta una solución basada en el control del motor lineal paso a paso mediante el microcontrolador PIC32MX795F512-L. Dispositivo del fabricante Microchip con una arquitectura de 32 bits. Este dispone de un módulo CAN integrado y distintos periféricos que se emplean en la medición de los sensores y actuación sobre el motor paso a paso empleando el driver de Texas Instruments DRV8805. Entonces el trabajo se realiza en dos líneas, una parte software de programación del control del sistema, empleando el software de Microchip MPLABX IDE y otra parte hardware de diseño de una PCB y circuitos acondicionadores para la conexión del microcontrolador, con los sensores, driver, motor paso a paso y bus CAN. El software empleado para la realización de la PCB es Orcad9.2/Layout. Para la evaluación de las medidas obtenidas por los sensores y la comprobación del bus CAN se emplea el kit de desarrollo de Microchip, MCP2515 CAN Bus Monitor Demo Board, que permite ver la información en el bus CAN e introducir tramas al mismo. ABSTRACT. This project develops an electronic system to vary the geometry of a car engine which runs the Formula SAE competition. Formula SAE is a design car competition for students, organized by "Society of Automotive Engineers" (SAE). This competition seeks technological innovation in the automotive industry and brings in students to participate in a real job, in which the objective is to obtain competitive results in compliance with certain requirements. Varying engine’s geometry in a vehicle improves car’s performance raising engine output torque. Any improvement in the vehicle in a competition field can be decisive in the outcome of it. The goal of the project is the variation by controlling the length of the air intake pipe or "runners" in a combustion engine, using a linear motor step. For these, uses the information gathered by speed sensors from the combustion engine and by the throttle position to control the distance of these tubes. This system is integrated in the vehicle CAN bus to share the information with the other modules. For all this is made a study to clarify the general aspects of the project in order to understand the activities developed inside the project, the different options available and also, to acquire knowledge for a better development of the project. The solution is based on linear stepper motor control by the microcontroller PIC32MX795F512-L. Device from manufacturer Microchip with a 32-bit architecture. This module has an integrated CAN various peripherals that are used in measuring the performance of the sensors and drives the stepper motor using Texas Instruments DRV8805 driver. Then the work is done in two lines, first, control programming software system using software MPLABX Microchip IDE and, second, hardware design of a PCB and conditioning circuits for connecting the microcontroller, with sensors, driver stepper motor and CAN bus. The software used to carry out the PCB is Orcad9.2/Layout. For the evaluation of the measurements obtained by the sensors and CAN bus checking is used Microchip development kit, MCP2515 CAN Bus Monitor Demo Board, that allows you to see the information on the CAN bus and enter new frames in the bus.

Desarrollo de un laboratorio virtual para la medida de ciclos indicados de un motor alternativo policombustible de encendido provocado

Se ha desarrollado un laboratorio virtual para la medida de ciclos indicados en un motor alternativo policombustible de encendido provocado. El laboratorio virtual desarrollado permite por una parte simular y obtener el ciclo indicado de un motor alternativo de cuatro tiempos, pudiendo modificar los parámetros más importantes de operación (régimen de giro, presiones de admisión y escape, temperaturas, etc.) y de diseño (parámetros geométricos del motor). Por otra parte, el laboratorio virtual permite simular el ensayo del motor en banco de pruebas y la medida del ciclo indicado. Los modelos matemáticos necesarios se han escrito en lenguaje Fortran, y estos interaccionan con un interfaz gráfico de usuario (GUI) programado en VEE®. El laboratorio virtual puede implementarse en una plataforma virtual de enseñanza de manera que los alumnos puedan tener acceso al sistema desde cualquier ordenador, en cualquier momento y desde cualquier lugar.

Sistema de soporte al desarrollo de un planificador de misiones en un vehículo aéreo no tripulado

En esta memoria se describe el trabajo de construcción de una arquitectura software diseñada para facilitar el desarrollo un planificador de misión de un vehículo aéreo no tripulado (UAV), con el fin de que éste alcance los objetivos marcados en la competición internacional de robótica IARC (séptima edición). A lo largo de la memoria, se describe en primer lugar, una revisión de técnicas de robótica inteligente aplicadas a la construcción de vehículos aéreos no tripulados, en el que se ven los diferentes paradigmas de programación de la robótica inteligente y la clasificación de dichos robots aéreos, dependiendo de su autonomía. Este descripción finaliza con la presentación del problema correspondiente a la competición IARC. A continuación se describe el diseño realizado para soporte al desarrollo de un planificador de misiones de UAVs, con simulación de comportamiento de vehículos robóticos y visualización 3D con movimiento. Finalmente, se muestran las pruebas que se han realizado para validar la construcción de dicha arquitectura software. ---ABSTRACT---In this report it is presented the construction of a software architecture, designed to facilitate the development of a mission planner for an unmanned aerial vehicle (UAV), so that it reaches the goals set in the International Aerial Robotics Competition - IARC (seventh edition). Throughout this report, it is described first, a review of intelligent robotics techniques applied to the construction of unmanned aerial vehicles, where different paradigms of intelligent robotics are seen, along with a classification of such aerial robots, depending on their autonomy. Description ends with the presentation of the problem corresponding to the IARC competition. Following, it is described the design made to satisfy the support to the development of a mission planner for UAV´s, with a simulation of the robotics vehicles’ behaviours and a 3D display with motion. Finally, we will deal with the tests that have been conducted to validate the construction of the software architecture.