DMec-Tesishttp://hdl.handle.net/10396/115662024-03-28T09:45:17Z2024-03-28T09:45:17ZMejora de las características superficiales de piezas obtenidas mediante fabricación aditivaBarrios Rodríguez, Juan Manuelhttp://hdl.handle.net/10396/260392024-01-26T02:24:27Z2023-01-01T00:00:00ZMejora de las características superficiales de piezas obtenidas mediante fabricación aditiva
Barrios Rodríguez, Juan Manuel
La fabricación aditiva basada en la extrusión de material, conocida comúnmente como tecnología FFF (del inglés, Fused Filament Fabrication) o FDM (del inglés, Fused Deposition Modeling) es cada vez más utilizada en la industria para fabricar componentes y repuestos. En ciertos sectores, como el alimentario, se demandan piezas que tengan ciertas propiedades superficiales concretas, como son: baja rugosidad superficial, propiedades autolimpiantes y baja adherencia al hielo, entre otras.
En la presente tesis se propone un método basado en el ajuste de ciertos parámetros de impresión con la intención de obtener piezas con superficies XY o XZ que tengan unas propiedades superficiales a demanda. En concreto, se ha estudiado la influencia de cinco parámetros (altura de capa, temperatura de impresión, velocidad de impresión, aceleración de impresión, flujo) en dos variables de salida: la rugosidad superficial y el ángulo de contacto de la superficie.
El material utilizado en el estudio ha sido el tereftalato de polietileno glicol (PETG). Este compuesto es un material apenas estudiado (en comparación el ácido poliláctico -PLA- o al acrilonitrilo butadieno estireno -ABS-), pero que presenta propiedades muy interesantes como son: facilidad de impresión, resistencia a la corrosión, certificación para contacto con alimentos, estabilidad química, resistencia a los rayos UV, reciclabilidad y transparencia.
El trabajo ha sido eminentemente práctico. Para alcanzar el objetivo fijado, se seleccionaron los parámetros para el estudio, se elaboró un diseño de experimentos, y se imprimieron las probetas correspondientes. A continuación, se midieron varias características superficiales: rugosidad superficial, ángulo de contacto de gota y ángulo de deslizamiento. Los resultados obtenidos fueron procesados haciendo uso de herramientas estadísticas y de algoritmos de clasificación basados en árboles de decisión.
De los parámetros estudiados, solo dos se han relevado como determinantes en la rugosidad superficial y en la mojabilidad de las superficies estudiadas: el flujo y la aceleración de impresión. Según ANOVA y TAGUCHI, valores elevados de flujo y de aceleración de impresión proporcionan superficies XY con baja rugosidad superficial. El árbol de decisión generado por el algoritmo de clasificación J48 (C4.5) también indica que bajas velocidades de impresión, junto a valores elevados de flujo, también generan superficies XY con buen acabado superficial. Por el contrario, si se buscan superficies XY o XZ con baja mojabilidad (superficies hidrofóbicas), se deben de programar valores bajos de flujo y aceleración de impresión.
Mediante un aparato fabricado in-house, se ha comprobado experimentalmente que las probetas XZ con menor ángulo de contacto (hidrofóbicas) presentan menor anclaje al hielo que las probetas XZ con mayor ángulo de contacto (hidrofílicas). Además del sector alimentario, estos resultados obtenidos pueden tener interés en otros sectores, como el dedicado al diseño y fabricación de drones y vehículos aéreos no tripulados. En estas aeronaves hay que evitar la formación de hielo en ciertos elementos, ya que pueden comprometer la sustentabilidad y/o el control del vehículo.; Additive manufacturing based on the extrusion of material, commonly known as FFF (Fused Filament Fabrication) or FDM (Fused deposition Modeling) is increasingly used in the industry to manufacture components and spare parts. In certain sectors, such as food industry, parts that have certain specific surface properties are in demand, such as: low surface roughness, selfcleaning properties and low adhesion to ice, among others.
In this thesis, a method is proposed based on the adjustment of certain printing parameters with the intention of obtaining parts with XY or XZ surfaces that have surface properties on demand. Specifically, the influence of five parameters (layer height, printing temperature, printing speed, printing acceleration and flow) has been studied on two output variables: surface roughness and surface contact angle.
The material used in the study was polyethylene terephthalate glycol (PETG). This polymer is a material that has hardly been studied (compared to polylactic acid -PLA- or acrylonitrile butadiene styrene -ABS-), but it has very interesting properties such as: easy printing, corrosión resistance, food contact certification, chemical stability, resistance to UV rays, recyclability and transparency.
The work has been eminently practical. To achieve the objective, the parameters for the study were selected, a design of experiment was elaborated, and the corresponding test specimens were printed. After that, various surface characteristics were measured: surface roughness, drop contact angle, and slip angle. The results obtained were processed using statistical tolos and classification algorithms based on decision trees.
Among the parameters studied, only two have been revealed as determinants: flow and printing acceleration. According to ANOVA and TAGUCHI, high flow and acceleration values provide XY surfaces with low surface roughness. The decision tree generated by the J48 (C4.5) classification algorithm also indicates that low print speeds, together with high flow values, also contribute to print XY surfaces with better surface finish. However, if XY or XZ surfaces with low wettability (hydrophobic or ultrahydrophobic) are sought, low flow and print acceleration values should be programmed.
It has been experimentally verified using an in-house dispositive that the XZ specimens with a lower contact angle (hydrophobic) present less adhesion to ice than the XZ specimens with a higher contact angle (hydrophilic). In addition to the food sector, these results obtained may be of interest in other sectors, such as the one dedicated to the design and manufacture of drones and unmanned aerial vehicles. In these aircraft, it is necessary to avoid the formation of ice in certain elements, since they can compromise the sustainability and/or control of the vehicle.
2023-01-01T00:00:00ZCaracterización de la respuesta del árbol a la recolección mecanizada con sacudidores de copa en sistemas de plantación en seto de cítricos y olivarAragón-Rodríguez, Fernandohttp://hdl.handle.net/10396/215392022-05-06T01:18:18Z2021-01-01T00:00:00ZCaracterización de la respuesta del árbol a la recolección mecanizada con sacudidores de copa en sistemas de plantación en seto de cítricos y olivar
Aragón-Rodríguez, Fernando
2021-01-01T00:00:00ZIntegración de imágenes de sensores remotos en el desarrollo de indicadores medioambientales en cuencas mediterráneas. Aplicación al seguimiento de su estado hídrico y productividadGómez Giráldez, Pedro Jesúshttp://hdl.handle.net/10396/201642023-10-11T09:34:38Z2020-01-01T00:00:00ZIntegración de imágenes de sensores remotos en el desarrollo de indicadores medioambientales en cuencas mediterráneas. Aplicación al seguimiento de su estado hídrico y productividad
Gómez Giráldez, Pedro Jesús
En las cuencas mediterráneas, el clima se caracteriza por veranos muy calurosos en los que no se suelen producir precipitaciones, lo que genera un fuerte y periódico estrés hídrico en sus cubiertas vegetales cuya intensidad está relacionada con el carácter hidrológico de la estación húmeda antecedente. Además, esta situación tiende a agravarse en los frecuentes episodios de sequía, provocando una disminución de la productividad de estos ecosistemas. Actualmente existe una gran cantidad de datos disponibles, gratuitos y a escala global, con un gran potencial para el seguimiento de los procesos asociados a los balances de agua y energía en estos tipos de cuencas. En esta tesis se plantea el uso de imágenes provenientes de sensores remotos de diferentes resoluciones espaciales, espectrales y temporales que, combinadas con registros puntuales procedentes de estaciones meteorológicas, permitan la generación de indicadores de distintas variables ecosistémicas relacionadas con la productividad y el estado hídrico en sistemas característicos de la zona mediterránea. En concreto, se plantea el desarrollo de tres indicadores estrechamente ligados entre sí: un indicador del estado hídrico del suelo al final de la estación seca a partir del estado de varios tipos de cubierta vegetal; un indicador de la productividad de los pastos naturales, principal sustento alimenticio de la ganadería extensiva, a partir de su estado y de las condiciones climáticas del período evaluado; y, por último, un indicador que relacione el estado hídrico del sistema y el estado fenológico en el que se encuentra el estrato herbáceo. Las zonas de estudio seleccionadas son, para el primer indicador, la cuenca del río Guadalfeo (Granada), que se caracteriza por presentar un gradiente de altitud desde el nivel del mar hasta más de 3000 m.s.n.m. a tan solo 50 km de distancia a la costa, lo que determina una gran heterogeneidad espacial en cuanto a meteorología, hidrología, tipos y usos de suelo, etc. En este contexto, la estimación indirecta del estado de humedad antecedente de forma rutinaria a partir de la información obtenida de ciertas cubiertas existentes en la zona puede ser una solución óptima en estudios hidrológicos a escala de cuenca. En cuanto al segundo y tercer indicador, la zona de estudio son los ecosistemas de dehesa de Andalucía. El seguimiento regular y de forma objetiva de la producción de pasto permitiría proporcionar a los propietarios y gestores una información clave para regular su uso y contribuir a su conservación, sin un aumento excesivo de los costes. Por otro lado, los cambios fenológicos que se pueden observar como consecuencia del calentamiento global, cuyo efecto se prevé especialmente intenso en esta región, y cómo el clima y la hidrología los condicionan, puede ser una herramienta clave para evaluar el impacto de esta amenaza y tomar las decisiones adecuadas para hacerle frente. Los resultados han mostrado la capacidad de los sensores remotos para la obtención de este tipo de indicadores: el contenido de agua en el suelo en época estival presentó correlaciones mayores a 0,7 con el estado de la vegetación arbustiva de la cuenca del Guadalfeo; la estimación de la producción de pasto natural en las dehesas de Andalucía arrojó errores en torno al 13% con respecto a la producción medida en campo; por último, los umbrales de cambio de estado en la humedad de suelo (capacidad de campo y punto de marchitez permanente) se determinaron con menos de 10 días de diferencia con respecto a los cambios de estado fenológico en el pasto natural (comienzo de la época de crecimiento y senescencia).; In the Mediterranean basins, the climate is characterized by very hot summers in which rainfall is not usually produced, which generates a strong and periodic water stress in its vegetation cover. The intensity of this water stress is related to the hydrological regime of the previous wet season. In addition, this situation tends to worsen in frequent episodes of drought, causing a decrease in the productivity of these ecosystems. There is currently a large amount of data available, free of charge and on a global scale, with great potential for monitoring the processes associated with water and energy balances in these types of basins. This thesis proposes the use of remote sensing images of different spatial, spectral and temporal resolutions that, combined with specific records from meteorological stations, can be used to generate indicators of different ecosystem variables related to productivity and water status in different unique systems of the Mediterranean area. Specifically, the development of three indicators closely linked to each other is proposed: an indicator of the water status of the soil at the end of the dry season from the state of different vegetation covers; an indicator of the productivity of natural pastures, the main food support for extensive livestock, based on their status and the climatic conditions of the period evaluated; and, finally, an indicator of the relationship bewteen water state of the soil and the natural pasture phenological state. The selected study areas are, for the first indicator, the Guadalfeo river basin (Granada), characterized by presenting a gradient of altitude from sea level to more than 3000 m.a.s.l. only 50 km away from the coast, which determines a great spatial heterogeneity in terms of meteorology, hydrology, types and land soil, etc. In this context, the indirect estimation of the state of antecedent moisture from the information obtained from existing covers in the area may be an optimal solution in hydrological studies at basin scale. Regarding the second and third indicators, the study area is the dehesa ecosystems of Andalusia, since the monitoring of pasture production would provide key information to owners and managers to regulate their use and contribute to their conservation, without an excessive increase in costs. On the other hand, the phenological changes that can be observed as a result of global warming, whose effect is expected to be especially intense in this region, and how the climate and hydrology condition them, can be a key tool to assess the impact of this threat and make the right decisions to deal with it. The results have shown the ability of remote sensing to obtain this type of indicators: the water content in the soil during the summer season showed correlations greater than 0.7 with the state of shrub vegetation; the estimation of the production of natural pastures showed errors of about 13% with respect to the production measured in the field; finally, the thresholds of change of state in soil moisture (field capacity and permanent wilting point) were determined less than 10 days apart from changes in phenological state in natural grass (beginning of time of growth and senescence).
2020-01-01T00:00:00ZCaracterización y Estudio del Volumen de Suelo Húmedo mediante Tomografía EléctricaLópez Sánchez, Manuelhttp://hdl.handle.net/10396/190232019-11-24T02:16:39Z2019-01-01T00:00:00ZCaracterización y Estudio del Volumen de Suelo Húmedo mediante Tomografía Eléctrica
López Sánchez, Manuel
El continuo incremento de la necesidad de agua exige realizar un uso más eficiente y racional de este recurso vital. Los sistemas de riego localizado han adquirido desde hace algunas décadas una relevancia significativa, siendo el volumen de suelo humedecido por los emisores un factor clave para su diseño. Según la ESYRCE (2017) es el sistema de riego que más aumenta en España de forma sostenida en los últimos años (un 14,85% entre 2007 y 2016). La presente tesis doctoral explora las capacidades, bondades y limitaciones del método de prospección geofísica denominado Tomografía Eléctrica o “Electrical Imaging” en un ámbito concreto de su aplicación a la agricultura: la estimación de las dimensiones, formas y características del volumen de suelo humedecido por microirrigación. Esta investigación se centra en la posibilidad de utilizar los resultados de este método tanto para conocer el estado energético del agua en el suelo como para localizar con precisión la posición del frente húmedo. Para la consecución de los objetivos propuestos se emplearon técnicas de simulación numérica, se realizaron ensayos de laboratorio a escala reducida y sobre muestras de suelos de varios tipos texturales, así como ensayos de campo a escala real. En el desarrollo de este trabajo de investigación queda patente la importancia del uso de modelos teóricos, no solo en la valoración de los estudios, sino también para obtener estrategias que permiten corregir los efectos adversos que influyen en los resultados. En esta tesis se evalúan algunas de ellas y se plantean metodologías para su eliminación. Las conclusiones del estudio revelan que es posible localizar con precisión la posición del frente húmedo y obtener una interpretación cuantitativa de ella. Sin embargo, no se ha podido demostrar fehacientemente que la variación de la resistividad con la humedad permita determinar el estado energético del agua en el suelo, lo que de conseguirse abriría interesantes oportunidades a la aplicación del método en agricultura, proporcionando información sobre el agua disponible para las plantas en una sección bidimensional de la zona humedecida en función del tiempo y ampliarlo a la cuantificación del proceso de absorción de agua por las plantas. Las posibilidades que ofrece el método de tomografía eléctrica son muy amplias, quedando abierto un campo de trabajo muy extenso, bien como complemento a otras técnicas aplicadas en agricultura de precisión, donde la conductividad eléctrica se utiliza principalmente para identificar la variabilidad superficial de la humedad y/o las propiedades edáficas del terreno, bien en aplicaciones relacionadas con la caracterización del subsuelo, sus patrones de humedad y desecación, y la absorción del agua por parte de las plantas (estructura, textura, direcciones predominantes de flujo, evapotranspiración, etc.), o bien extendiendo a toda la zona humedecida durante el riego la información puntual proporcionada por los sensores de humedad, donde entre otros inconvenientes, la propia instalación de instrumentación puede afectar a los patrones de humectación que se están midiendo (Subbaiah, 2013 y referencias citadas en él).; The constant increase in water demands needs more efficient and rational use of this vital resource. Localized irrigation systems have acquired importance in the last decades, the soil wetted volume by the emitters is the most important factor to design them. According to the ESYRCE (2017), it is the irrigation system that has grown the most in Spain in a sustained way in recent years (14.85% between 2007 and 2016). This PhD thesis explores capabilities, benefits and limitations of the geophysical prospecting method called Electrical Tomography or "electrical imaging" in a specific field of application to agriculture: estimation of the dimensions, shapes and other features of wetted soil volume by micro irrigation. The goal of the research is to analyze the possibilities for this methodology both to know the energy status of soil water and to accurately locate the position of a wetting front with time. In order to achieve these aims, numerical simulation techniques were used, laboratory tests were carried out on a reduced scale and on soil samples of various textural types, as well as realscale field tests. In this work, the importance of the use of theoretical models is clear, not only in evaluation of the studies, but also to develop strategies that allow us to correct the adverse effects. In this PhD thesis some of them are evaluated, and we proposed methodologies to suppress them. The conclusions of the study reveal that it is possible to accurately locate the position of the wet front and obtain a quantitative interpretation of it. However, it has not been possible to demonstrate convincingly that the variation of the resistivity with humidity allows to determine the energetic status of the water in the soil, which if achieved would open interesting opportunities to the application of the method in agriculture, providing information about the water available for the plants in a two-dimensional section of the wetted area as a function of time and extend it to the quantification of the water absorption process by the plants. The possibilities offered by the electrical resistivity imaging are very broad, leaving open an extensive field of application: as a complementary technique in precision agriculture, where electrical conductivity is used mainly to determine surface soil moisture variability and edaphic factors; in applications related to the characterization of the subsoil, its humidity and desiccation patterns, and the water absorption by the plants (structure, texture, predominant Flow directions, evapotranspiration, etc.); or spreading through to the wet area the information provided by the humidity sensors, where, among other drawbacks, the instrumentation installation itself may affect the humidification patterns that are being measured (Subbaiah, 2013, and references therein).
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