Memoria Investigaciones en Ingeniería
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Melhorar a Taxa de Entrega Pontual num Processo de Moldagem por Injeção de Plástico Utilizando uma Abordagem Orientada para o Problema Lean-Sigma e o Efeito do Sistema de Medição
Full text linkMexico’s manufacturing industry is vital to the global economy. This industry has recently faced challenges due to the COVID-19 pandemic and globalized markets. Some developed countries can adopt innovative technologies; however, Mexico focuses on improving production processes with little investment, combined with existing resources and technology. Mexican companies use improvement techniques such as Six Sigma and Lean Manufacturing to achieve this goal. This study reports a method called Lean-Sigma that, unlike traditional methods that take months or even years to solve a problem, our method offers results in weeks, avoiding waste generation and speeding up decision-making. The proposed method consists of the following phases: identifying and measuring the problem, analyzing the root cause, developing a solution, and verifying the solution and control plan. The main characteristic of this approach is that it acts at the speed of Lean and uses engineering tools to solve problems and to demonstrate how the measurement system error could affect the achievement of the single-minute exchange of die (SMED). To validate the proposed method, a case study is presented in a plastic injection molding process in a manufacturing company located in Ciudad Juárez (Chihuahua, México), which has a late delivery rate that causes delays in the final assembly lines. Implementing the suggested strategy increased on-time deliveries from 77% to 99.36% in six weeks.La industria manufacturera de México es vital para la economía mundial. Esta industria ha enfrentado recientemente algunos retos debido a la pandemia COVID-19 y a la globalización de los mercados. Algunos países desarrollados pueden adoptar tecnologías innovadoras; sin embargo, en México, la atención se centra en la mejora de los procesos de producción con poca inversión, combinada con los recursos y la tecnología existentes. Las empresas mexicanas utilizan técnicas de mejora como Seis Sigma y Manufactura Esbelta para lograr este objetivo. Este estudio reporta un método denominado Lean-Sigma que, a diferencia de los métodos tradicionales que tardan meses o incluso años en resolver un problema, nuestro método ofrece resultados en semanas, evitando la generación de desperdicios y agilizando la toma de decisiones. El método propuesto consta de las siguientes fases: identificación y medición del problema, análisis de la causa raíz, desarrollo de una solución y verificación de la solución y del plan de control. La principal característica de este enfoque es que actúa a la velocidad de Lean y utiliza herramientas de ingeniería para resolver problemas, así como para demostrar cómo el error del sistema de medición podría afectar a la consecución del cambio de troquel en un minuto (SMED). Para validar el método propuesto, se presenta un caso de estudio en un proceso de moldeo por inyección de plástico en una empresa manufacturera ubicada en Ciudad Juárez (Chihuahua México), la cual tiene una tasa de entrega tardía que ocasiona retrasos en las líneas de ensamble final. La aplicación de la estrategia sugerida aumentó las entregas a tiempo del 77% al 99,36% en seis semanas.A indústria transformadora do México é vital para a economia global. Esta indústria tem enfrentado recentemente alguns desafios devido à pandemia da COVID-19 e aos mercados globalizados. Alguns países desenvolvidos podem adotar tecnologias inovadoras; no entanto, no México, a tónica é colocada na melhoria dos processos de produção com pouco investimento, combinada com os recursos e a tecnologia existentes. As empresas mexicanas utilizam técnicas de melhoria como o Six Sigma e o Lean Manufacturing para atingir este objetivo. Este estudo relata um método chamado Lean-Sigma que, ao contrário dos métodos tradicionais que levam meses ou mesmo anos para resolver um problema, o nosso método oferece resultados em semanas, evitando a geração de resíduos e acelerando a tomada de decisões. O método proposto consiste nas seguintes fases: identificação e medição do problema, análise da causa raiz, desenvolvimento de uma solução e verificação da solução e do plano de controlo. A principal caraterística desta abordagem é que actua à velocidade do Lean e utiliza ferramentas de engenharia para resolver problemas, bem como para demonstrar de que forma o erro do sistema de medição pode afetar a realização da troca de moldes num minuto (SMED). Para validar o método proposto, é apresentado um estudo de caso num processo de moldagem por injeção de plástico numa empresa de produção localizada em Ciudad Juárez (Chihuahua, México), que tem uma taxa de entrega tardia que causa atrasos nas linhas de montagem finais. A implementação da estratégia sugerida aumentou a pontualidade das entregas de 77% para 99,36% em seis semanas
Evolução da metrologia elétrica no Uruguai Parte I: Dos primórdios à primeira metade do século XX
Full text linkElectrical measurements have undergone significant development since the beginning of electrical applications, both in the fields of energy and communications. The first submarine telegraph cables prompted the development of galvanometers and resistance measurement bridges. In turn, the expansion of electrical power systems stimulated advances in voltage, current, and power measurements.In Uruguay, the first steps were taken with the implementation of university courses on these topics, the creation of laboratories, and the initiation of research and development activities. This was driven primarily by the Faculty of Engineering of the University of the Republic and the public electric utility UTE.This work, divided into two parts, presents in this first part the developments between the beginning until the 1960s. It was during this period that the structure of national laboratories was consolidated and basic standards for the most relevant quantities for the country were defined. In a second part we will analyze the development of electrical measurements from that time to the present.Las mediciones eléctricas experimentaron un desarrollo significativo desde el inicio de las aplicaciones eléctricas, tanto en el campo de la energía como en el de las comunicaciones. Los primeros cables telegráficos submarinos impulsaron el desarrollo de galvanómetros y puentes de medición de resistencia. A su vez, la expansión de la energía eléctrica estimuló avances en las mediciones de tensión, corriente y potencia.
En Uruguay, los primeros pasos se dieron con la implementación de cursos universitarios sobre estos temas, la creación de laboratorios y el inicio de la investigación y el desarrollo. Esto fue impulsado principalmente por la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República y la empresa eléctrica estatal UTE.
Este trabajo, dividido en dos partes, presenta en esta primera parte los desarrollos entre los comienzos hasta la década de 1960. Fue durante este período que se consolidó la estructura de los laboratorios nacionales y se definieron las normas básicas para las magnitudes más relevantes para el país. En una segunda parte se analizará el desarrollo de las mediciones eléctricas desde esa época hasta la actualidad.As medições elétricas passaram por um desenvolvimento significativo desde o início das aplicações elétricas, tanto na área de energia quanto na de comunicações. Os primeiros cabos telegráficos submarinos impulsionaram o desenvolvimento de galvanômetros e pontes de medição de resistência. Por sua vez, a expansão da energia elétrica impulsionou avanços nas medições de tensão, corrente e potência.No Uruguai, os primeiros passos foram dados com a implementação de cursos universitários sobre essas disciplinas, a criação de laboratórios e o início da pesquisa e desenvolvimento. Isso foi impulsionado principalmente pela Faculdade de Engenharia da Universidade da República e pela empresa elétrica estatal UTE.Esta primeira parte abrange o período até a década de 1960. Foi durante esse período que a estrutura dos laboratórios nacionais foi consolidada e os padrões básicos para as grandezas mais relevantes para o país foram definidos. A segunda parte analisará o desenvolvimento das medições elétricas desde então até o presente
Auxílio de mobilidade aprimorado para deficientes visuais: um sensor ultrassônico e uma bengala inteligente baseada em Arduino
Full text linkThis study introduces a smart walking stick for the blind and visually impaired that uses ultrasonic sensors with Arduino and Raspberry Pi. The World Health Organization estimates that 37 million people worldwide are blind. People who are blind or visually impaired frequently rely on assistance from outside sources, which may come in the form of humans, dogs that have been trained, or specialized technological gadgets that play the role of decision-making support systems. We were then inspired to create a smart walking stick in order to get around these restrictions. In order to achieve this, we fitted the stick with ultrasonic sensors at strategic locations that activated the buzzer sound while giving the user information about the surroundings. Our proposal was for a low-cost, lightweight device that uses a microcontroller to interpret signals and emit beeps to notify the visually impaired individual of any obstacles, water, or dark places. The system consists of obstacle and moisture detection sensors that receive, process, and send signals to the alarm system, which then warns the user to take action. The system was conceived and programmed in C, tested for accuracy, and checked by a visually challenged individual. Our technology can identify obstructions within around 2 meters of the user.Este estudio presenta un bastón inteligente para personas ciegas o con problemas de visión que utiliza sensores ultrasónicos con Arduino y Raspberry Pi. La Organización Mundial de la Salud estima que 37 millones de personas en todo el mundo son ciegas. Las personas ciegas o con problemas de visión a menudo dependen de la ayuda de fuentes externas, que pueden venir en forma de humanos, perros que han sido entrenados o dispositivos tecnológicos especializados que desempeñan el papel de sistemas de apoyo a la toma de decisiones. Entonces nos inspiramos para crear un bastón inteligente para superar estas restricciones. Para lograrlo, equipamos el bastón con sensores ultrasónicos en lugares estratégicos que activaban el sonido del timbre mientras brindaban al usuario información sobre los alrededores. Nuestra propuesta era un dispositivo liviano y de bajo costo que utiliza un microcontrolador para interpretar señales y emitir pitidos para notificar a la persona con problemas de visión sobre cualquier obstáculo, agua o lugares oscuros. El sistema consta de sensores de detección de obstáculos y humedad que reciben, procesan y envían señales al sistema de alarma, que luego advierte al usuario para que tome medidas. El sistema fue concebido y programado en C, se probó su precisión y fue revisado por una persona con discapacidad visual. Nuestra tecnología puede identificar obstrucciones a unos 2 metros del usuario.Este estudo apresenta uma bengala inteligente para cegos e com deficiência visual que utiliza sensores ultrassónicos com Arduino e Raspberry Pi. A Organização Mundial de Saúde estima que 37 milhões de pessoas em todo o mundo são cegas. As pessoas cegas ou com deficiência visual dependem frequentemente da assistência de fontes externas, que pode surgir sob a forma de seres humanos, cães treinados ou dispositivos tecnológicos especializados que desempenham o papel de sistemas de apoio à tomada de decisões. Fomos então inspirados a criar uma bengala inteligente para contornar estas restrições. Para tal, equipámos o stick com sensores ultrassónicos em locais estratégicos que ativavam o som da campainha e davam ao utilizador informações sobre o meio envolvente. A nossa proposta foi um dispositivo leve e de baixo custo que utiliza um microcontrolador para interpretar sinais e emitir sinais sonoros para avisar o deficiente visual de qualquer obstáculo, água ou local escuro. O sistema é constituído por sensores de deteção de obstáculos e humidade que recebem, processam e enviam sinais para o sistema de alarme, que avisa o utilizador para agir. O sistema foi concebido e programado em C, testado quanto à sua precisão e verificado por um deficiente visual. A nossa tecnologia pode identificar obstruções a cerca de 2 metros do utilizador
Projeto e desenvolvimento de colheita Robo-Vec baseada em IoT
Full text linkThis article presents "Harvesting Robo-Vec" an IoT-based autonomous harvesting robot designed to enhance agricultural efficiency and precision. Integrating IoT technology with traditional methods, the robot automates tasks and offers real-time monitoring and control. It navigates crop fields autonomously, detects ripe produce using advanced sensing and imaging technologies, and performs precise harvesting maneuvers. Harvesting Robo-Vec features an IoT communication module for seamless connectivity with a centralized control system, enabling remote management of multiple robots. The paper outlines the robot's architecture, including its mechanical structure, sensors, control algorithms, and communication infrastructure, along with safety, power management, and robustness considerations. Iterative design, prototyping, and testing refined the robot's performance. Experimental results show that Harvesting Robo-Vec improves efficiency, reduces labor costs, and enhances productivity compared to manual methods. This study underscores the potential of IoT-based robots in agriculture, contributing to precision farming and autonomous robotics research.Este artículo presenta "Harvesting Robo-Vec", un robot de recolección autónomo basado en IoT diseñado para mejorar la eficiencia y precisión agrícola. Al integrar la tecnología IoT con métodos tradicionales, el robot automatiza tareas y ofrece monitoreo y control en tiempo real. Navega por los campos de cultivo de forma autónoma, detecta productos maduros utilizando tecnologías avanzadas de detección e imágenes y realiza maniobras de cosecha precisas. Harvesting Robo-Vec cuenta con un módulo de comunicación IoT para una conectividad perfecta con un sistema de control centralizado, lo que permite la gestión remota de múltiples robots. El documento describe la arquitectura del robot, incluida su estructura mecánica, sensores, algoritmos de control e infraestructura de comunicación, junto con consideraciones de seguridad, gestión de energía y robustez. El diseño iterativo, la creación de prototipos y las pruebas refinaron el rendimiento del robot. Los resultados experimentales muestran que Harvesting Robo-Vec mejora la eficiencia, reduce los costos de mano de obra y mejora la productividad en comparación con los métodos manuales. Este estudio subraya el potencial de los robots basados en IoT en la agricultura, contribuyendo a la investigación en agricultura de precisión y robótica autónoma.Este artigo apresenta o "Harvesting Robo-Vec", um robô de colheita autônomo baseado em IoT projetado para aumentar a eficiência e a precisão agrícola. Integrando a tecnologia IoT com métodos tradicionais, o robô automatiza tarefas e oferece monitoramento e controle em tempo real. Ele navega pelos campos de cultivo de forma autônoma, detecta produtos maduros usando tecnologias avançadas de detecção e imagem e realiza manobras de colheita precisas. O Harvesting Robo-Vec apresenta um módulo de comunicação IoT para conectividade perfeita com um sistema de controle centralizado, permitindo o gerenciamento remoto de vários robôs. O artigo descreve a arquitetura do robô, incluindo sua estrutura mecânica, sensores, algoritmos de controle e infraestrutura de comunicação, juntamente com considerações de segurança, gerenciamento de energia e robustez. O design iterativo, a prototipagem e os testes refinaram o desempenho do robô. Os resultados experimentais mostram que a colheita Robo-Vec melhora a eficiência, reduz os custos de mão-de-obra e aumenta a produtividade em comparação com os métodos manuais. Este estudo ressalta o potencial dos robôs baseados em IoT na agricultura, contribuindo para a agricultura de precisão e a pesquisa em robótica autônoma
Aplicações recentes de tecnologias digitais na agricultura
Full text linkThe agricultural sector faces multiple challenges, in addition to its fundamental role in economic development and poverty reduction. Among these challenges is the need to meet the growing global demand for food while facing the adversities of climate change, pests, floods, forest fires, political conflicts and wars, among other factors. In this context, the development and implementation of technologies adapted to the specific conditions of each region is essential to optimize the different agricultural processes. In this sense, the incorporation of digital technologies in agriculture has given rise to the concept of Agriculture 4.0, which, in recent years, has facilitated the transition of agricultural processes towards the digital environment. This brief review aims to analyze and highlight the main characteristics of digital technologies applied to agriculture, as well as some of their applications reported in the period between 2018 and 2024. Additionally, future challenges for the continuous improvement of agricultural processes by digital technologies are addressed.El sector agrícola enfrenta múltiples desafíos, además de su papel fundamental en el desarrollo económico y la reducción de la pobreza. Entre estos retos, destaca la necesidad de satisfacer la creciente demanda mundial de alimentos mientras se enfrenta a las adversidades del cambio climático, plagas, inundaciones, incendios forestales, conflictos políticos y guerras, entre otros factores. En este contexto, resulta imprescindible el desarrollo y la implementación de tecnologías adaptadas a las condiciones específicas de cada región para optimizar los distintos procesos agrícolas. En este sentido, la incorporación de tecnologías digitales en la agricultura ha dado lugar al concepto de Agricultura 4.0, el cual, en los últimos años, ha facilitado la transición de los procesos agrícolas hacia el entorno digital. Esta revisión breve tiene como objetivo analizar y destacar las principales características de las tecnologías digitales aplicadas a la agricultura, así como algunas de sus aplicaciones reportadas en el período comprendido entre 2018 y 2024. Adicionalmente, se abordan los desafíos futuros para la mejora continua de los procesos agrícolas mediante el uso de tecnologías digitales.O setor agrícola enfrenta múltiplos desafios, além de seu papel fundamental no desenvolvimento econômico e na redução da pobreza. Entre esses desafios, destaca-se a necessidade de atender à crescente demanda global por alimentos ao mesmo tempo que enfrenta adversidades como mudanças climáticas, pragas, inundações, incêndios florestais, conflitos políticos e guerras, entre outros fatores. Neste contexto, torna-se imprescindível o desenvolvimento e a implementação de tecnologias adaptadas às condições específicas de cada região para otimizar os diversos processos agrícolas. Nesse sentido, a incorporação de tecnologias digitais na agricultura deu origem ao conceito de Agricultura 4.0, que nos últimos anos facilitou a transição dos processos agrícolas para o ambiente digital. Esta breve revisão tem como objetivo analisar e destacar as principais características das tecnologias digitais aplicadas à agricultura, bem como algumas das suas aplicações reportadas no período entre 2018 e 2024. Adicionalmente, abordam-se os desafios futuros para a melhoria contínua dos processos agrícolas através do uso de tecnologias digitais
Interação solo-estrutura de uma edificação com laje de fundação utilizando os modelos dinâmicos de Barkan e Savinov, Norma Russa SNIP 2.02.05-87 e Gazetas e Mylonakis
Full text linkThe analysis of the Soil-Structure Dynamic Interaction in the seismic response of buildings has been the subject of study in multiple investigations, highlighting its relevance in structural safety, especially in contexts of high seismicity such as Peru. Studies carried out by Villarreal (2023), Braña, Gamón, Fundora and Martínez (2022) indicate that the structural behavior of buildings can be modified by considering the soil-structure interaction in the structural analysis and modeling of buildings. By incorporating the dynamic coefficients obtained with the elastic properties of the soil stratum, it is feasible to determine if there is any significant variation in the structural behavior of the model, in this sense the present study proposes as a research objective: to determine if the incorporation of the dynamic models of soil structure interaction of Barkan & Savinov, Russian Standard SNIP 2.02.05-87 and Gazetas & Mylonakis established in the NIST GCR 12-917-21 standard, can significantly modify or influence the structural behavior of the building to be considered within the structural analysis and later in the Peruvian standard E030. The building considered for the analysis has a structural system by shear absorbent walls (high rigidity), and the foundation is uniform by means of a foundation slab of e=0.40 cm. Through the study of soil mechanics, the properties of the soil were determined, categorizing the soil as S3, with an elasticity modulus Es=1150 ton/m2 and a Poisson coefficient μ=0.30, the height of the stratum at the foundation level is 1.20 m. The building is located in a peak acceleration zone of 0.25g. Through the analysis of the results, it was demonstrated that the structure having high rigidity does not significantly modify its period, being the greatest variation of the period of 1.60% for the Barkan & Savinov model, followed by the Gazetas & Mylonakis model with 1.42%. Concerning the drifts, a significant increase was observed in the level in contact with the foundation, with an average variation of 16.56% in the most flexible XX' direction of the building, while in the most rigid direction the increase was 10.50%. The results of the drifts were verified through a time history analysis, considering the Lima Earthquake of October 1966 and its two components (EW-NS), verifying that for the EW case the increase in the drift was 16.82%, while for the NS case an increase of 16.81% was obtained, both in the XX' direction. These results led to the conclusion that there was a significant increase in lateral deformations at the level in contact with the foundation slab, while the variation in the fundamental period and shear stresses were not significant, largely due to the structural system of shear-absorbing walls, which have a higher rigidity than other construction systems.El análisis de la Interacción Dinámica Suelo-Estructura en la respuesta sísmica de edificaciones ha sido objeto de estudio en múltiples investigaciones, destacando su relevancia en la seguridad estructural, especialmente en contextos de alta sismicidad como Perú. Estudios realizados por Villarreal (2023), Braña, Gamón, Fundora y Martínez (2022) señalan que el comportamiento estructural de las edificaciones puede verse modificada al considerar la interacción suelo estructura en el análisis estructural y modelación de edificaciones. Mediante la incorporación de los coeficientes dinámicos obtenidos con las propiedades elásticas del estrato del suelo, es factible determinar si existe alguna variación significativa en el comportamiento estructural del modelo, en ese sentido el presente estudio se propone como objetivo de investigación: determinar si la incorporación de los modelos dinámicos de interacción suelo-estructura de Barkan & Savinov, Norma Rusa SNIP 2.02.05-87 y Gazetas & Mylonakis establecidos en la norma NIST GCR 12-917-21, pueden modificar o influir significativamente en el comportamiento estructural de la edificación para ser consideradas dentro del análisis estructural y posteriormente en la Norma Peruana E030. La edificación considerada para el análisis tiene un sistema estructural por muros absorbentes a cortantes (alta rigidez), y la cimentación es uniforme mediante una losa de cimentación de e=0.40 cm. Mediante el estudio de mecánica de suelos se determinó las propiedades del suelo, categorizando al suelo como S3, con un módulo de elasticidad E_s=1150 ton/m2 y un coeficiente Poisson μ_(1=) 0.30, la altura del estrato a nivel de cimentación es de 1.20 m. La edificación se ubica en una zona de aceleración pico de 0.25g. Mediante el análisis de los resultados se llegó a demostrar que la estructura al tener alta rigidez no modifica significativamente su periodo, siendo la mayor variación del periodo de 1.60% para el modelo de Barkan & Savinov, seguido del modelo de Gazetas & Mylonakis con 1.42%, en lo concerniente a las derivas se observó un incremento significativo en el nivel en contacto con la cimentación, con un promedio de variación de 16.56% en la dirección XX’ más flexible de la edificación, mientras que en la dirección más rígida el incremento fue de 10.50%. Los resultados de las derivas se verificaron mediante un análisis tiempo historia, considerando el Sismo de Lima de Octubre de 1966 y sus dos componentes (EW-NS), verificando que para el caso EW el incremento de la deriva fue de un 16.82%, mientras que para el caso NS se obtuvo un incremento del 16.81%, ambos en la dirección XX’. Con estos resultados se llegó a concluir que existe un incremento significativo en las deformaciones laterales en el nivel que se encuentra en contacto con la losa de cimentación, mientras que la variación en el periodo fundamental y los esfuerzos cortantes no fueron significativas en gran medida por el sistema estructural de muros absorbentes de cortante que presentan una rigidez superior a otros sistemas constructivos.A análise da interação dinâmica solo-estrutura na resposta sísmica de edifícios tem sido objeto de estudo em diversas investigações, destacando sua relevância na segurança estrutural, especialmente em contextos de alta sismicidade, como o Peru. Estudos realizados por Villarreal (2023), Braña, Gamón, Fundora e Martínez (2022) indicam que o comportamento estrutural de edifícios pode ser modificado considerando a interação solo-estrutura na análise e modelagem estrutural de edifícios. Ao incorporar os coeficientes dinâmicos obtidos com as propriedades elásticas do estrato do solo, é possível determinar se há alguma variação significativa no comportamento estrutural do modelo, neste sentido o presente estudo propõe como objetivo de pesquisa: determinar se a incorporação dos modelos dinâmicos de interação solo-estrutura de Barkan & Savinov, Norma Russa SNIP 2.02.05-87 e Gazetas & Mylonakis estabelecidos na norma NIST GCR 12-917-21, podem modificar ou influenciar significativamente o comportamento estrutural da edificação a ser considerada na análise estrutural e posteriormente na norma peruana E030. A edificação considerada para a análise possui um sistema estrutural por paredes absorventes de cisalhamento (alta rigidez), e a fundação é uniforme por meio de uma laje de fundação de e=0,40 cm. Por meio do estudo da mecânica dos solos, foram determinadas as propriedades do solo, categorizando-o como S3, com módulo de elasticidade Es=1150 ton/m2 e coeficiente de Poisson μ=0,30, a altura do estrato no nível da fundação é de 1,20 m. O edifício está localizado em uma zona de pico de aceleração de 0,25g. Por meio da análise dos resultados, demonstrou-se que a estrutura com alta rigidez não modifica significativamente seu período, sendo a maior variação do período de 1,60% para o modelo de Barkan & Savinov, seguido pelo modelo de Gazetas & Mylonakis com 1,42%. Em relação aos deslocamentos, observou-se um aumento significativo no nível em contato com a fundação, com variação média de 16,56% na direção XX' mais flexível do edifício, enquanto na direção mais rígida o aumento foi de 10,50%. Os resultados dos desvios foram verificados por meio de uma análise histórica temporal, considerando o Terremoto de Lima de outubro de 1966 e suas duas componentes (EW-NS), verificando-se que para o caso EW o aumento do desvio foi de 16,82%, enquanto para o caso NS obteve-se um aumento de 16,81%, ambos na direção XX'. Esses resultados levaram à conclusão de que houve um aumento significativo das deformações laterais no nível em contato com a laje de fundação, enquanto a variação do período fundamental e das tensões de cisalhamento não foram significativas, em grande parte devido ao sistema estrutural de paredes absorvedoras de cisalhamento, que apresentam maior rigidez do que outros sistemas construtivos
Otimização Paramétrica da Usinagem por Eletroerosão para Aço AISI 1045: Um Estudo Abrangente
Full text linkThis study investigates the optimization of Electric Discharge Machining (EDM) parameters for AISI 1045. It is a medium carbon steel which is commonly used in automotive and aerospace industries because of its balanced strength, toughness and machinability. However, achieving optimal machining efficiency with excellent surface finish in short time and without wasting excess material with EDM remains a challenge at large. The research focuses on optimizing key EDM input parameters like current (LV), voltage (HV), pulse on time (Ton) and pulse off time (Toff), to improve machining time (Tm), material removal rate (MRR), electrode wear rate (EWR), surface roughness (Ra) and base radius (R). Full factorial design and Response Surface Methodology (RSM) were used to conduct experiments, and ANOVA was employed to identify the most significant factors influencing the output responses. Multi-objective optimization was performed through the desirability function and the findings were validated by repeated experiments. The results showed that pulse on time (Ton), its interaction with pulse off time (Toff) and the three-factor interaction between current (LV), Ton and Toff were the most significant factors affecting machining performance. Optimizing these parameters reduced machining time (Tm) to 623.21 seconds thus significantly improving EDM efficiency. The material removal rate (MRR) was maximized at 0.0173 g/min resulting in considerable increase in material removal efficiency. The electrode wear rate (EWR) was minimized to 0.0088 g/min, which prolongs electrode life and reduces operational costs. Surface roughness (Ra) was improved to 0.0253 mm, ensuring a high-quality surface finish. The base radius (R) was successfully optimized to 1.5298 mm, aligning closely with the desired target of 1.5 mm thus ensuring dimensional accuracy. This investigative study of optimization of parameters for EDM of AISI 1045 material is extremely significant for automotive and aerospace industries that rely on precision machining, as the optimized EDM parameters lead to improved efficiency, reduced material waste and enhanced product quality. These findings offer valuable insights for improving EDM processes, particularly in sectors requiring complex geometries and high precision, such as automotive and aerospace manufacturing.Este estudio investiga la optimización de los parámetros de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) para AISI 1045. Es un acero de carbono medio que se utiliza comúnmente en las industrias automotriz y aeroespacial debido a su resistencia, tenacidad y maquinabilidad equilibradas. Sin embargo, lograr una eficiencia de mecanizado óptima con un excelente acabado superficial en poco tiempo y sin desperdiciar material sobrante con EDM sigue siendo un desafío en general. La investigación se centra en la optimización de los parámetros de entrada clave de EDM como la corriente (LV), el voltaje (HV), el tiempo de activación del pulso (Ton) y el tiempo de desactivación del pulso (Toff), para mejorar el tiempo de mecanizado (Tm), la tasa de remoción de material (MRR), la tasa de desgaste del electrodo (EWR), la rugosidad superficial (Ra) y el radio base (R). Se utilizaron el diseño factorial completo y la Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) para realizar experimentos y se empleó ANOVA para identificar los factores más significativos que influyen en las respuestas de salida. Se realizó una optimización multiobjetivo a través de la función de deseabilidad y los hallazgos se validaron mediante experimentos repetidos. Los resultados mostraron que el tiempo de activación del pulso (Ton), su interacción con el tiempo de desactivación del pulso (Toff) y la interacción de tres factores entre la corriente (LV), Ton y Toff fueron los factores más significativos que afectaron el rendimiento del mecanizado. La optimización de estos parámetros redujo el tiempo de mecanizado (Tm) a 623,21 segundos, mejorando así significativamente la eficiencia de la electroerosión. La tasa de eliminación de material (MRR) se maximizó a 0,0173 g/min, lo que resultó en un aumento considerable en la eficiencia de eliminación de material. La tasa de desgaste del electrodo (EWR) se minimizó a 0,0088 g/min, lo que prolonga la vida útil del electrodo y reduce los costos operativos. La rugosidad superficial (Ra) se mejoró a 0,0253 mm, lo que garantiza un acabado superficial de alta calidad. El radio base (R) se optimizó con éxito a 1,5298 mm, alineándose estrechamente con el objetivo deseado de 1,5 mm, lo que garantiza la precisión dimensional. Este estudio de investigación sobre la optimización de parámetros para la electroerosión de material AISI 1045 es fundamental para las industrias automotriz y aeroespacial que dependen del mecanizado de precisión, ya que la optimización de los parámetros de la electroerosión mejora la eficiencia, reduce el desperdicio de material y mejora la calidad del producto. Estos hallazgos ofrecen información valiosa para mejorar los procesos de electroerosión, especialmente en sectores que requieren geometrías complejas y alta precisión, como la fabricación automotriz y aeroespacial.Este estudo investiga a otimização dos parâmetros de usinagem por descarga elétrica (EDM) para AISI 1045. É um aço de médio carbono comumente usado nas indústrias automotiva e aeroespacial devido à sua resistência, tenacidade e usinabilidade equilibradas. No entanto, atingir a eficiência de usinagem ideal com excelente acabamento superficial em curto espaço de tempo e sem desperdiçar excesso de material com EDM continua sendo um grande desafio. A pesquisa se concentra na otimização dos principais parâmetros de entrada de EDM, como corrente (LV), tensão (HV), tempo de pulso ligado (Ton) e tempo de pulso desligado (Toff), para melhorar o tempo de usinagem (Tm), taxa de remoção de material (MRR), taxa de desgaste do eletrodo (EWR), rugosidade da superfície (Ra) e raio da base (R). O planejamento fatorial completo e a Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) foram usados para conduzir experimentos e ANOVA foi empregada para identificar os fatores mais significativos que influenciam as respostas de saída. A otimização multiobjetivo foi realizada por meio da função de desejabilidade e os resultados foram validados por experimentos repetidos. Os resultados mostraram que o tempo de pulso ligado (Ton), sua interação com o tempo de pulso desligado (Toff) e a interação de três fatores entre corrente (LV), Ton e Toff foram os fatores mais significativos que afetaram o desempenho da usinagem. A otimização desses parâmetros reduziu o tempo de usinagem (Tm) para 623,21 segundos, melhorando significativamente a eficiência da EDM. A taxa de remoção de material (MRR) foi maximizada em 0,0173 g/min, resultando em um aumento considerável na eficiência da remoção de material. A taxa de desgaste do eletrodo (EWR) foi minimizada para 0,0088 g/min, o que prolonga a vida útil do eletrodo e reduz os custos operacionais. A rugosidade da superfície (Ra) foi melhorada para 0,0253 mm, garantindo um acabamento superficial de alta qualidade. O raio da base (R) foi otimizado com sucesso para 1,5298 mm, alinhando-se estreitamente com o alvo desejado de 1,5 mm, garantindo assim a precisão dimensional. Este estudo investigativo sobre a otimização de parâmetros para eletroerosão do material AISI 1045 é extremamente significativo para as indústrias automotiva e aeroespacial que dependem de usinagem de precisão, visto que os parâmetros otimizados de eletroerosão levam a uma maior eficiência, redução do desperdício de material e melhoria da qualidade do produto. Essas descobertas oferecem insights valiosos para o aprimoramento dos processos de eletroerosão, particularmente em setores que exigem geometrias complexas e alta precisão, como a indústria automotiva e aeroespacial
Solução de agricultura vertical inteligente e sustentável baseada em IoT para desafios agrícolas no Paquistão
Full text linkAgriculture in Pakistan faces critical challenges such as water scarcity, inefficient resource use, and climate change impacts, particularly in urban and peri-urban areas. This study presents a smart, solar-powered vertical farming system designed to address these issues by integrating capacitive soil moisture sensors, temperature and humidity sensors (DHT22), and light sensors (BH1750), controlled via Raspberry Pi 4. The off-grid system, powered by a 100-watt solar panel and battery, features intelligent irrigation driven by a Random Forest algorithm to optimize water use. Over a six-week trial cultivating cherry tomatoes, the system achieved a 60–65% yield increase, 40% energy savings, and a 28.57% reduction in water consumption compared to traditional methods. While promising, limitations include the small trial size and lack of long-term environmental impact data. Scalability challenges such as cost, maintenance, and local constraints must be addressed for wider adoption. Future work will focus on expanding crop varieties, enhancing AI integration, and improving accessibility for small-scale farmers to support sustainable urban agriculture and food security in Pakistan.La agricultura en Pakistán enfrenta desafíos críticos como la escasez de agua, el uso ineficiente de los recursos y los impactos del cambio climático, particularmente en áreas urbanas y periurbanas. Este estudio presenta un sistema de cultivo vertical inteligente alimentado con energía solar, diseñado para abordar estos problemas mediante la integración de sensores capacitivos de humedad del suelo, sensores de temperatura y humedad (DHT22) y sensores de luz (BH1750), controlados mediante Raspberry Pi 4. El sistema autónomo, alimentado por un panel solar de 100 vatios y una batería, cuenta con riego inteligente impulsado por un algoritmo de Bosque Aleatorio para optimizar el uso del agua. Durante un ensayo de seis semanas cultivando tomates cherry, el sistema logró un aumento del 60-65% en el rendimiento, un ahorro de energía del 40% y una reducción del 28,57% en el consumo de agua en comparación con los métodos tradicionales. Si bien es prometedor, las limitaciones incluyen el pequeño tamaño del ensayo y la falta de datos de impacto ambiental a largo plazo. Es necesario abordar los desafíos de escalabilidad, como el costo, el mantenimiento y las restricciones locales, para una adopción más amplia. El trabajo futuro se centrará en ampliar las variedades de cultivos, mejorar la integración de la IA y mejorar la accesibilidad para los pequeños agricultores para apoyar la agricultura urbana sostenible y la seguridad alimentaria en Pakistán.A agricultura no Paquistão enfrenta desafios críticos, como a escassez de água, a utilização ineficiente dos recursos e os impactos das alterações climáticas, particularmente nas áreas urbanas e periurbanas. Este estudo apresenta um sistema de agricultura vertical inteligente, alimentado a energia solar, concebido para lidar com estas questões, integrando sensores capacitivos de humidade do solo, sensores de temperatura e humidade (DHT22) e sensores de luz (BH1750), controlados através do Raspberry Pi 4. O sistema off-grid, alimentado por um painel solar de 100 watts e bateria, possui uma irrigação inteligente acionada por um algoritmo Random Forest para otimizar a utilização da água. Ao longo de um teste de seis semanas de cultivo de tomate-cereja, o sistema obteve um aumento de 60–65% na produtividade, 40% de poupança de energia e uma redução de 28,57% no consumo de água em comparação com os métodos tradicionais. Embora promissor, as limitações incluem o pequeno tamanho do teste e a falta de dados de impacto ambiental a longo prazo. Os desafios de escalabilidade, como o custo, a manutenção e as restrições locais, devem ser abordados para uma adoção mais ampla. O trabalho futuro irá focar-se na expansão das variedades de culturas, na melhoria da integração da IA e na melhoria da acessibilidade para os pequenos agricultores para apoiar a agricultura urbana sustentável e a segurança alimentar no Paquistão
Caminhos dos polímeros: uma abordagem sustentável para a disposição de resíduos plásticos
Full text linkPakistan is a land filled with natural resources, but gradually due to depletion of these, the country aims to benefit use from different materials that can serve the intended purpose with the minimal cost. Our country annually generates 3.3 million tons of plastic waste. The plastic waste disposal is one of the most threatening challenges to all major metropolitan areas around the world. If not sorted out immediately, it might degrade in the environment for many years. This study proposes the use of waste PET bottles in road construction. The main objective is to analyse and compare the properties of plastic-mixed bitumen roads over non-plastic mixed bitumen roads. Shredded plastic bottles were mixed with bitumen in different ratios (0%, 6%, 8% and 10%) to enhance the stability and durability of roads. Different tests like Marshall stability, penetration, ductility, and softening tests were performed in the laboratory. The results showed that bitumen with 8% plastic has a low flow value. Also, the plastic modifier to bitumen increases the density of the mixture which improves the structural performance of the asphalt pavement. There is an increase in the softening point which illustrates that plastic modified bitumen roads can withstand hot weather more effectively than traditional bitumen roads This addition of plastic in bitumen will be a boon for Pakistan's road industry.Pakistán es un país repleto de recursos naturales, pero debido a su agotamiento gradual, el país busca aprovechar el uso de diferentes materiales que puedan cumplir su propósito con un costo mínimo. Nuestro país genera anualmente 3,3 millones de toneladas de residuos plásticos. La eliminación de estos residuos es uno de los desafíos más importantes para las principales áreas metropolitanas del mundo. Si no se gestiona de inmediato, podría degradarse en el medio ambiente durante muchos años. Este estudio propone el uso de botellas de PET desechadas en la construcción de carreteras. El objetivo principal es analizar y comparar las propiedades de las carreteras con asfalto mezclado con plástico frente a las de asfalto mezclado sin plástico. Se mezclaron botellas de plástico trituradas con asfalto en diferentes proporciones (0 %, 6 %, 8 % y 10 %) para mejorar la estabilidad y durabilidad de las carreteras. Se realizaron diversas pruebas de laboratorio, como pruebas de estabilidad Marshall, penetración, ductilidad y ablandamiento. Los resultados mostraron que el asfalto con un 8 % de plástico tiene un bajo índice de fluidez. Además, el modificador plástico del asfalto aumenta la densidad de la mezcla, lo que mejora el rendimiento estructural del pavimento asfáltico. Hay un aumento en el punto de ablandamiento que ilustra que las carreteras de betún modificado con plástico pueden soportar el clima cálido de manera más efectiva que las carreteras de betún tradicionales. Esta adición de plástico al betún será una bendición para la industria vial de PakistánO Paquistão é um país repleto de recursos naturais, mas, devido ao esgotamento gradual desses recursos, o país busca se beneficiar do uso de diferentes materiais que possam atender aos propósitos pretendidos com o mínimo custo. Nosso país gera anualmente 3,3 milhões de toneladas de resíduos plásticos. O descarte de resíduos plásticos é um dos desafios mais ameaçadores para todas as principais áreas metropolitanas do mundo. Se não forem tratados imediatamente, podem se degradar no meio ambiente por muitos anos. Este estudo propõe o uso de garrafas PET na construção de estradas. O objetivo principal é analisar e comparar as propriedades de estradas com mistura de plástico e asfalto em comparação com estradas com mistura de asfalto sem plástico. Garrafas plásticas trituradas foram misturadas com asfalto em diferentes proporções (0%, 6%, 8% e 10%) para aumentar a estabilidade e a durabilidade das estradas. Diferentes testes, como estabilidade Marshall, penetração, ductilidade e amolecimento, foram realizados em laboratório. Os resultados mostraram que o asfalto com 8% de plástico apresenta baixo valor de fluidez. Além disso, o modificador plástico no asfalto aumenta a densidade da mistura, o que melhora o desempenho estrutural do pavimento asfáltico. Há um aumento no ponto de amolecimento, o que ilustra que estradas de asfalto modificado com plástico podem suportar climas quentes de forma mais eficaz do que estradas de asfalto tradicionais. Essa adição de plástico ao asfalto será uma bênção para a indústria rodoviária do Paquistão
Impacto da têmpera pós-soldagem na microestrutura e nas propriedades mecânicas de aços de alta resistência e baixa liga
Full text linkShielded Metal Arc Welding (SMAW) is the most widely used welding technique in engineering industries. Compared to other arc welding techniques like TIG, SMAW is less heat-concentrating. However, welding thick jobs using SMAW can result in serious issues such as structural distortion due to non-uniform input heat distribution. High thermal stresses and distortions can degrade mechanical properties, similar to high input heat. Fast heat removal may prevent such defects, and different quenching media like sand, water, and oil were used to investigate variations in mechanical properties. High-strength low-alloy steel was selected due to its good weldability and easy availability, which makes it suitable for many industrial applications, such as in the space and defense industries. The tensile testing results showed that oil quenching was superior to other quenching techniques because oil-cooled joints had the highest tensile strength and ductility. However, water-cooled joints showed the highest yield strength, but oil-quenched joints had the highest welding efficiency. The hardness of water-cooled joints in the heat-affected zone and weld zone was greater due to rapid cooling in water. The impact energy of oil-cooled joints in the heat-affected zone was superior to that of other joints. Overall, the mechanical properties of oil-cooled joints were superior and showed better geometric configuration, such as minimal distortions.La soldadura por arco metálico protegido (SMAW) es la técnica de soldadura más utilizada en las industrias de ingeniería. En comparación con otras técnicas de soldadura por arco como TIG, SMAW concentra menos calor. Sin embargo, soldar trabajos gruesos utilizando SMAW puede provocar problemas graves, como distorsión estructural debido a una distribución no uniforme del calor de entrada. Las altas tensiones y distorsiones térmicas pueden degradar las propiedades mecánicas, de forma similar al calor de entrada elevado. La eliminación rápida del calor puede prevenir tales defectos, y se utilizaron diferentes medios de enfriamiento como arena, agua y aceite para investigar las variaciones en las propiedades mecánicas. Se seleccionó acero de alta resistencia y baja aleación debido a su buena soldabilidad y fácil disponibilidad, lo que lo hace adecuado para muchas aplicaciones industriales, como en las industrias espacial y de defensa. Los resultados de las pruebas de tracción mostraron que el enfriamiento con aceite fue superior a otras técnicas de enfriamiento porque las juntas enfriadas por aceite tenían la mayor resistencia a la tracción y ductilidad. Sin embargo, las uniones enfriadas por agua mostraron el límite elástico más alto, pero las uniones enfriadas con aceite tuvieron la mayor eficiencia de soldadura. La dureza de las uniones enfriadas por agua en la zona afectada por el calor y en la zona de soldadura fue mayor debido al rápido enfriamiento en agua. La energía de impacto de las juntas enfriadas por aceite en la zona afectada por el calor fue superior a la de otras juntas. En general, las propiedades mecánicas de las juntas enfriadas por aceite fueron superiores y mostraron una mejor configuración geométrica, como distorsiones mínimas.A soldagem por arco metálico blindado (SMAW) é a técnica de soldagem mais amplamente utilizada nas indústrias de engenharia. Em comparação com outras técnicas de soldagem a arco, como TIG, o SMAW concentra menos calor. No entanto, a soldagem de trabalhos espessos usando SMAW pode resultar em problemas sérios, como distorção estrutural devido à distribuição não uniforme do calor de entrada. Altas tensões e distorções térmicas podem degradar as propriedades mecânicas, semelhante à alta entrada de calor. A rápida remoção de calor pode prevenir tais defeitos, e diferentes meios de têmpera como areia, água e óleo foram usados para investigar variações nas propriedades mecânicas. O aço de alta resistência e baixa liga foi selecionado devido à sua boa soldabilidade e fácil disponibilidade, o que o torna adequado para muitas aplicações industriais, como nas indústrias espacial e de defesa. Os resultados dos testes de tração mostraram que a têmpera em óleo foi superior a outras técnicas de têmpera porque as juntas resfriadas a óleo apresentaram maior resistência à tração e ductilidade. No entanto, as juntas resfriadas a água apresentaram o maior limite de escoamento, mas as juntas temperadas a óleo tiveram a maior eficiência de soldagem. A dureza das juntas resfriadas a água na zona afetada pelo calor e na zona de solda foi maior devido ao rápido resfriamento em água. A energia de impacto das juntas resfriadas a óleo na zona afetada pelo calor foi superior à das outras juntas. No geral, as propriedades mecânicas das juntas resfriadas a óleo foram superiores e apresentaram melhor configuração geométrica, como distorções mínimas