Doctorado en Ciencias Técnicas

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Control operacional de algunos factores agroindustriales que afectan la cogeneración en ingenios azucareros
(Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Facultad de Ingeniería, Centro de Estudios de Energía y Medioambiente (CEEMA)., 2002-06-04) González Pérez, Felix; Castellanos Álvarez, Juan Antonio, tutor
Cualquier intento de mejoramiento de la eficiencia energética de una fábrica de azúcar requiere que se atiendan dos aspectos básicos; el primero en la manera en que los equipos se operan, y el segundo es la instalación en la fábrica de un equipo de rendimiento energético apropiado, para lo cual se necesita remodelar la industria y disponer de recursos para eso, ambos aspectos son tratados y evaluados en el trabajo. Se realizaron cuatro diseños de experimentos, del tipo factorial completo 25 , para la obtención de los modelos de consumo de vapor de escape en proceso (VE), el contenido de sacarosa en el bagazo (PolB), Brix del jugo mezclado (BxM), Bagazo disponible (BD), humedad del bagazo (HB), y el calor específico de combustión inferior (CECI) y superior (CECS) del bagazo, que permiten caracterizar energéticamente el ingenio azucarero en función de los factores agroindustriales, los cuales constituyen aportes científicos del autor. El análisis de sensibilidad de cada modelo muestra cómo se comporta con respecto a cada uno de los factores agroindustriales e indica hacia dónde dirigir los esfuerzos. El nomograma confeccionado permite determinar la cantidad adecuada de agua de imbibición a utilizar a partir de la relación precio del azúcar/ precio del combustible, lográndose un balance de las pérdidas de azúcar en el bagazo con el consumo de vapor en proceso, reduciéndose el consumo de combustible y de agua. Este nomograma también constituye un aporte científico del autor. Se validan los procedimientos propuestos en dos ingenios azucareros de la provincia de Cienfuegos, que cumplen con las condiciones establecidas para la obtención de los modelos (el 66 % de los ingenios azucareros cubanos cumplen con estas condiciones). La valoración económica demuestra, que al aplicar los procedimientos propuestos por el autor para los CAI “14 de Julio” y “Pepito Tey” unido a la remodelación del esquema térmico de este último hay un efecto económico considerable y la inversión para la remodelación se recupera en 2,9 zafras (261 días efectivos de molida). Se reducen las emisiones de CO2 , NOx , SOx y el consumo de agua, que por sus costos externos ambientales representan para el CAI “ 14 de Julio” 212763,02 $/zafra y para el CAI “ Pepito Tey” 1391910,26 $/zafra.
Metodología de cálculo para la comprobación de la estabilidad, el diseño del sistema de amortiguación y la optimización de las dimensiones radiales del cuerpo de los cilindros oleohidráulicos
(Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Facultad de Ingeniería, Departamento de Mecánica Aplicada y Dibujo de la Universidad Central de las Villas, 2004-06-04) Gómez Rodríguez, Víctor G.
La industria nacional productora de cilindros hidráulicos no se encuentra al margen de la competitividad y requiere de herramientas que le garanticen lograr eficiencia y efectividad en el diseño de estos elementos de máquina. El trabajo “Metodología de cálculo para la comprobación de la estabilidad, el diseño del sistema de amortiguación y la optimización de las dimensiones radiales del cuerpo de los cilindros oleohidráulicos” está dirigido a desarrollar una metodología para la determinación de las dimensiones óptimas en la dirección radial del cuerpo de los cilindros oleohidráulicos a partir de la minimización del peso de este, garantizando adecuadas resistencia a la explosión y rigidez, desarrollar un método analítico para la comprobación de la estabilidad en la etapa de diseño y un modelo matemático para los cálculos de diseño de los sistemas de amortiguación y, en consecuencia, elaborar métodos prácticos para comprobar la estabilidad, con una mayor aproximación a las condiciones reales y dimensionar el sistema de amortiguación de los cilindros oleohidráulicos. El resultado del trabajo se presenta como un conjunto de modelos matemáticos que fortalecen el conocimiento ingenieril en esta rama del saber y posibilitan la formulación de metodologías prácticas para el mejoramiento del diseño de los cilindros.
Modelo para gestionar el cambio en el sistema cubano de distribución de combustibles.
(Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría”, Centro de Estudios de Técnicas de Dirección, 2006) Urquiola Sánchez, Orquídea; González González, Roberto, tutor
La gestión del cambio constituye uno de los retos principales que enfrentan los directivos en la actualidad y, con mayor complejidad, las cadenas de suministro que involucran procesos de varias organizaciones sin el soporte de una estructura formal. La presente investigación tiene como objetivo diseñar y aplicar un modelo de gestión que permita generalizar la tecnología de la plataforma logística para la distribución de combustibles en Cuba. Su diseño se sustenta en conocimientos teóricos y la experiencia práctica, donde se reflejan los elementos y requisitos necesarios para que se produzca el cambio. Como principales resultados se obtiene un procedimiento general basado en el aprendizaje con liderazgo en el contexto cubano y un programa de capacitación y aprendizaje que integra la gestión logística al nivel estratégico del sistema de decisiones. Su validación se realizó en un árbol de extensión de la cadena de suministro de generación. Los valores del modelo se registran en que asegura la generalización de la plataforma logística para la distribución de combustibles, facilitando el aumento de eficiencia, la generación de conocimientos, habilidades y comportamientos que aumentan la capacidad de cambio del personal y el grado de socialización por la amplia utilización del trabajo en equipos y nuevas prácticas.
Determinación de la Eficiencia de los Motores Asincrónicos con Tensiones Desbalanceadas en Condiciones de Campo
(Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Centro de Estudios Electroenergéticos, 2006) Gómez Sarduy, Julio Rafael; de Armas Teyra, Marcos Alberto, tutor; Viego Felipe, Percy Rafael, tutor; Gálvez Lio, Daniel, consultante
El trabajo presenta el desarrollo teórico y la validación experimental de un procedimiento para determinar la eficiencia y otros parámetros operacionales de las máquinas asincrónicas, en condiciones de campo, mediante la aplicación de algoritmos genéticos (AG) en presencia de desbalances de tensión, en un ambiente no contaminado con armónicos superiores de tiempo. Se incluye el caso particular de régimen balanceado con desviaciones de tensión y/o frecuencia. El procedimiento se fundamenta en la metodología del circuito equivalente, lo cual es ventajoso si se considera que el motor puede encontrarse en cualquier punto de su banda de operación en condiciones reales de explotación. Ventajas adicionales son el bajo nivel de invasividad, las limitadas mediciones necesarias y la consideración de parámetros variables, aportando mayor precisión en los resultados obtenidos. Con el propósito de lograr la rápida convergencia del proceso evolutivo y definir un escenario físico en las fronteras de búsqueda, se introduce un vector de impedancias aproximadas en la población inicial del AG. Con el objetivo de determinar estos parámetros, se pueden utilizar los métodos tradicionales cuando son posibles aplicarlos en la industria, pero se aporta otro que constituye una nueva aproximación en condiciones de campo. El método desarrollado permite evaluar la eficiencia de las máquinas en condiciones generalizadas, incluyendo aquellas que han sido reparadas, utilizando las componentes simétricas y, a la vez, efectuar otros cálculos de interés (potencia compleja, pérdidas desagregadas, deslizamiento, factor de potencia, etc). Por esta razón, constituye una herramienta fundamental para el análisis técnico y económico de proyectos de mejoramiento de la eficiencia energética y de desarrollo de programas de máquinas de alta eficiencia en la industria y los servicios, así como para reducir el impacto ambiental de las tecnologías energéticas.
Procedimiento para el control de gestión en instituciones de Educación Superior.
(Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Ciencias Empresariales, Departamento de Ingeniería Industrial, 2006-12) Villa González del Pino, Eulalia María; Pons Murguía, Ramón Ángel, tutor; Castellanos Castillo, José Ramón, tutor
El Control de Gestión es básico hoy para la administración de las universidades, sin embargo ha carecido del enfoque de procesos y de mejora continua que requiere para facilitar el alineamiento estratégico en el cumplimiento de las metas. La presente investigación tiene como objetivo desarrollar un procedimiento general para el Control de Gestión en Instituciones de Educación Superior, que haga posible el alineamiento de la gestión de sus procesos con la estrategia trazada, bajo un enfoque de mejora continua. Como principales resultados del trabajo se obtienen: un modelo conceptual que integra enfoques modernos de gestión y un sistema de procedimientos en los que se emplean métodos estadísticos y herramientas de la gestión de la calidad. Su valor teórico está dado, por la adaptación de postulados universales del Control de Gestión, a las condiciones de la Educación Superior; su valor metodológico, por la integración de enfoques teóricos, que de manera dispersa han tributado al Control de Gestión moderno en un modelo conceptual y un procedimiento general, facilitando su aplicación y, sus valores práctico y social, por la mejora gradual reportada en la gestión de los casos de estudio, que tributa tanto al clima laboral como a la respuesta al beneficio social.
Modelación de ciclos de viaje e indicadores dinámicos y de consumo para vehículos pesados.
(Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Facultad de Ingeniería, Departamento de Mecánica, 2007-06-06) Pérez Gálvez, Ramón; Cogollos Martínez, Juan B., tutor; Fuentes Vega, José Ramón, tutor
Se proponen dos ciclos de movimiento teórico para evaluar el desempeño vehicular: el Básico Modificado y el Específico, ambos contenidos dentro del Ciclo General. El Básico Modificado, contempla las etapas fundamentales de movimiento, y se utiliza cuando se desconocen los coeficientes de resistencia al camino de las vías donde se va a explotar. El Específico, valora el desempeño del vehículo en las vías donde será explotado, se soluciona a partir de: el uso de la caracterización vial por información geográfica impresa y por una base de datos de los coeficientes de resistencia al camino. Ambos ciclos están modelados de forma que semejen, las condiciones de movimiento, funcionamiento y operación del vehículo. Su concepción es dinámica, distante de la utilizada internacionalmente, basada fundamentalmente en perfiles de velocidad. Sus modelos son novedosos y utilizan criterios y expresiones de cálculo inéditas en la literatura. Entre sus parámetros de salida se encuentran: el espacio recorrido, el tiempo y el combustible consumido y una serie de indicadores derivados de los mismos, con propuestas de nuevos indicadores integrales, que complementan la evaluación del vehículo. Para la caracterización experimental de las vías, se diseña, construye y evalúa un sistema de medición de los coeficientes de resistencia al camino, con características novedosas, el cual suministra la base de datos para la solución del Ciclo Específico. Ambos ciclos se validan a partir de resultados experimentales y están concebidos para vehículos pesados de transmisión mecánica, con motores de gasolina y diesel convencionales, pudiendo aplicarse en vehículos ligeros con estas características.
Reducción del consumo de energía en instalaciones con sistemas de climatización Centralizados todo-agua a flujo constante.
(Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Facultad de Ingeniería, Centro de Estudios de Energía y Medioambiente (CEEMA), 2008-06-12) Montelier Hernández, Sergio; Borroto Nordelo, Aníbal, tutor; de Armas Teyra, Marcos, tutor; Gómez Sarduy, Julio, consultante
El trabajo aborda el desarrollo de un procedimiento para establecer la temperatura más adecuada del agua helada en los sistemas de climatización centralizados del tipo todo-agua a flujo constante, con el objetivo de reducir el consumo de energía bajo determinadas condiciones climatológicas y nivel de ocupación de una instalación dada. El estudio se desarrolla y se valida sobre un caso experimental en el Hotel Jagua de la Provincia de Cienfuegos. El trabajo se fundamenta en los principios físicos fundamentales de estos sistemas, de donde se derivan un grupo de incertidumbres y dificultades que conducen a la búsqueda de nuevas herramientas para modelarlos y alcanzar con ellas resultados que posibiliten reducir el consumo de energía en estos complejos sistemas. A partir de bases de datos obtenidas de la simulación térmica del edificio y la experimentación, se diseña una red neuronal y se obtiene un modelo neuronal que posibilita determinar con gran exactitud la carga térmica de enfriamiento en función de las características constructivas de la edificación, las variables climatológicas y el nivel de ocupación. Partiendo de la carga térmica de enfriamiento obtenida mediante este modelo y las temperaturas extremas diarias, se diseña un sistema neuro difuso mediante el cual se determina el consumo de energía eléctrica del sistema de climatización en función de la temperatura de agua helada, conservando las condiciones de confort en las diferentes áreas y locales de la instalación. El análisis estadístico y el diseño de experimento validan la predicción del Sistema de Inferencia Difuso Neuro-Adaptivo (“ANFIS”) desarrollado y corroboran la existencia de un mínimo consumo en función de la temperatura de agua helada y el tiempo de trabajo del compresor. Finalmente un algoritmo genético se encarga de encontrar el valor de ajuste de la temperatura del agua helada que posibilita reducir el consumo energético del sistema de climatización para las condiciones reales de explotación dadas. Los resultados demuestran que con el nuevo procedimiento propuesto, de aplicación general en instalaciones de climatización todo-agua a flujo constante, se pueden obtener ahorros de energía del orden del 11 %, con la consecuente reducción de impacto ambiental asociado .
Nuevos métodos de cálculo y tecnologías de fabricación de los rotores de las bombas de cavidad progresiva.
(Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Facultad de Ingeniería, Departamento de Mecánica, 2011-06-06) Llody García, Yovany; Goytisolo Espinosa, Rafael Antonio, tutor; Gómez Rodríguez, Víctor, tutor
En el trabajo se desarrolló un nuevo esquema de análisis que establezca la interacción rotor - estator de las bombas de cavidad progresiva para calcular las fuerzas internas y desplazamientos en los rotores partiendo del esquema de análisis de viga (el rotor) sobre fundación elástica (el estator de goma). Se obtuvieron las ecuaciones que permiten calcular, para cualquier combinación de rotor y estator: la reacción del estator, la flecha y la pendiente del rotor en cualquier sección y las fuerzas internas en el rotor: fuerza de cortante y momentos flectores y sus respectivos valores máximos. Se determinó, a partir de la Teoría del Contacto entre cuerpos elásticos de Hertz, el coeficiente de rigidez de la fundación en función de la rigidez de los materiales y del ancho de la banda de contacto entre rotor y estator. A partir de la aplicación de los aspectos fundamentales de la teoría de los acoplamientos cardánicos se estableció la fuerza máxima que actúa en el extremo del rotor. El estudio de una combinación particular rotor - estator permitió establecer la ley de distribución de la reacción del estator sobre el rotor, la flecha, la pendiente, las fuerzas de cortante y momentos flectores a que está sometido el rotor en esa zona bajo la acción de la fuerza que se origina en el acoplamiento cardánico, así como la relación de éstos con la variación del ancho de la banda de contacto. Los resultados mostrados responden a un rotor hueco específico para el que se realizó el cálculo del diámetro interior crítico. Se aplicó la teoría de la deformación plástica de un tubo de pared gruesa y se describió la novedosa tecnología Aluminoforging, patentada por el autor, para elaborar rotores huecos mediante deformación plástica empleando como líquido deformante, aluminio fundido. Se desarrolló un novedoso método para el acabado superficial de rotores huecos o la manufactura de rotores macizos por arranque de virutas, patentado también por el autor con el denominativo FRETOR, el cual constituye una innovación tecnológica que permite la fabricación a gran escala de rotores con la calidad y fiabilidad requeridas para cumplir con las exigencias tecnológicas que demanda la explotación de las bombas de cavidad progresiva.
Metodología para determinar la distribución óptima de la capacidad frigorífica de una planta de enfriadoras para una instalación hotelera.
(Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Facultad de Ingeniería, Centro de Estudios de Energía y Medioambiente (CEEMA)., 2020-06-04) Díaz Torres, Yamile; Guerra Plasencia, Mario Álvarez, tutor
La investigación presenta una nueva metodología para determinar la distribución óptima de la capacidad frigorífica de las enfriadoras que componen una planta, para una instalación hotelera. Se determina la distribución óptima de la capacidad frigorífica individual de las enfriadoras que componen la planta y se dividió en tres etapas. En la primera se efectuó el análisis estadístico de la demanda de enfriamiento de la instalación donde, se construyen perfiles de demanda térmica que reflejan las futuras condiciones de explotación. A partir del análisis estadístico de la misma se seleccionaron las capacidades frigoríficas individuales de las enfriadoras. En la segunda etapa se construyeron los modelos caja negra para simular el desempeño energético de las enfriadoras y empleando un algoritmo matemático se generaron combinaciones de plantas enfriadoras. La tercera etapa constituye la evaluación energética a través de la solución de un problema de optimización matemática y empleando un algoritmo genético. Este se efectuó bajo el enfoque de secuencia y la carga óptima de cada máquina frente a las condiciones de trabajo. Este análisis permite calcular el desempeño el costo de ciclo de vida y el impacto ambiental indirecto. Finalmente considerando los parámetros de diseño y de operación de cada planta de enfriadoras se procedió a analizar estadísticamente la relación entre ellos.
Metodología para evaluar la sostenibilidad del aprovechamiento de biomasa como combustible en la Industria Azucarera.
(Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Facultad de Ingeniería, Centro de Estudios de Energía y Medio Ambiente (CEEMA), 2023) Jiménez Borges, Reinier; López Bastida, Eduardo Julio, tutor; Bravo Amarante, Edelvy, tutor
En la actualidad existen numerosas herramientas analíticas y/o computacionales para la evaluación de la sostenibilidad basada en costes físicos de la biomasa en la industria azucarera, sin embargo, hasta el momento no existe una que integre desde una decisión multicriterio, simultáneamente los criterios energéticos-exergéticos y emergéticos para dicha evaluación. El objetivo del presente trabajo es proponer una metodología para evaluar la sostenibilidad basada es costes físicos del aprovechamiento de la biomasa como combustible en la industria azucarera. Para ello, se fundamentaron teóricamente las herramientas de evaluación energética, exergética y emergética como indicadores de sostenibilidad. Los mismos fueron unificados mediante un análisis multicriterio a partir de proceso de jerarquía analítica (AHP). La metodología fue validada en cinco variantes de diferentes biomasa y sus mezclas en dos estudios de tecnologías utilizadas en Cuba para la industria zucarera. Los resultados obtenidos del análisis AHP muestran que los criterios de emergía y exergía son considerados como los factores más importantes para la evaluación de la sostenibilidad de la biomasa investigadas, con un PVE de 0,53 y 0,29 respectivamente, seguido del análisis energético (PVE = 0,16), definiendo en los estudios de casos los distintos valores de sostenibilidad para las variantes analizadas.

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