Análisis preventivos de variables para la industria cerámica con base en la metodología de análisis a modo y efecto de falla (FMEA method)

Preventive analysis of variables for the ceramic industry based on the failure mode and effect analysis (FMEA method)

Rigel Hugo Carreón Reyes Juan Carlos Neri Guzmán (2023, [Artículo])

El presente estudio indica de una forma tangible la aplicación de la herramienta FMEA (Failure Mode And Effects Analysis -por sus siglas en inglés) en la aplicación de fabricación de cerámica sanitaria, en donde se evalúan las variables que están relacionadas con el proceso de diseño, procesamiento de piezas cerámicas y de su relación existente para poder alcanzar los requisitos normativos y que estos a su vez sean alcanzables. Dentro del estudio se presenta el análisis y elaboración de la matriz riesgos en modo de fallas, así como una serie de definiciones estadísticas con las cuales son evaluados los procesos de fabricación, así como la explicación clara de la metodología FMEA en donde se indica la adecuación de estos conceptos a este tipo de manufacturas (cerámica sanitaria). Este trabajo también describe a través del estudio de caso de las variables una metodología que detalla los conceptos básicos tales como severidad, detección y ocurrencia combinando el desarrollo de tablas parametrizadas y / o acopladas al tipo de proceso de manufactura cerámica .En los resultados que se obtienen se observa la disminución de la incertidumbre hasta de 85% en los valores de RPN y una mejora en el cpk >1,33 como índice de calidad los riesgos o incertidumbres disminuidos son de forma numérica a través de la comprobación de nuevas acciones y el reanálisis de los conceptos de ocurrencia y detección derivados de la implementación de acciones. Las conclusiones indican como una herramienta adecuada el uso de FMEA para el campo de aplicación de la manufactura de cerámica sanitaria.

The present study indicates in a tangible way the application of the FMEA tool (Failure Mode and Effects Analysis) in the application of sanitary ceramic manufacturing, where the variables that are related to the process of design, processing of ceramic pieces and their existing relationship are evaluated in order to achieve the regulatory requirements and that these in turn are achievable. The study presents the analysis and elaboration of the risk matrix in failure mode as well as a series of statistical definitions with which the manufacturing processes are evaluated as well as the clear explanation of the FMEA methodology (failure mode and effects analysis) where the application and adequacy of these concepts to this type of manufactures (sanitary ceramics) is indicated. This paper also describes through the case study of the variables a methodology that details the basic concepts such as severity, detection and occurrence combining the development of parameterized tables and / or coupled to the type of ceramic manufacturing process. In the results obtained, the decrease in uncertainty of until 85% in the values of RPN and an improvement in the cpk >1.33 as a quality index, the risks or uncertainties decreased are numerically through the verification of new actions and the reanalysis of the concepts of occurrence and detection derived from the implementation of actions. The conclusions indicate as an appropriate tool the use of FMEA for the field of application of the manufacture of sanitary ceramics.

AMEF (Análisis de Modo de Efecto y Falla) Productos cerámicos Cerámica sanitaria Procesos cerámicos Severidad Detección Ocurrencia FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) Ceramic products Standard ASME Sanitary ceramic Ceramic processess INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Sustainability evaluation of contrasting milpa systems in the Yucatán Peninsula, Mexico

Santiago Lopez-Ridaura Tania Carolina Camacho Villa (2023, [Artículo])

The milpa agroecosystem is an intercropping of maize, beans, squash and other crops, developed in Mesoamerica, and its adoption is widely variable across climates and regions. An example of particular interest is the Yucatan Peninsula in Mexico, which holds highly diverse milpas, drawing on ancestral Mayan knowledge. Traditional milpas have been described as sustainable resource management models, based on long rotations within a slash-and-burn cycle in forest areas. Nevertheless, due to modernization and intensification processes, new variants of the approach have appeared. The objective of this study was to evaluate the sustainability of three milpa systems (traditional, continuous, and mechanized) in four case studies across the Peninsula, with emphasis on food self-sufficiency, social inclusion and adoption of innovations promoted by a development project. The Framework for the Evaluation of Agroecosystems using Indicators (MESMIS, for its Spanish acronym) was used for its flexible, participatory approach. A common group of indicators was developed despite regional differences between study cases, with a high level of farmer participation throughout the iterative process. The results show lower crop yields in traditional systems, but with lower inputs costs and pesticide use. In contrast, continuous milpas had higher value in terms of crop diversity, food security, social inclusion, and innovation adoption. Mechanized milpas had lower weed control costs. Profitability of cash crops and the proportion of forest were high in all systems. Highly adopted innovations across milpa types and study cases included spatial crop arrangement and the use of residues as mulches. However, most innovations are not adapted to local conditions, and do not address climate change. Further, women and youth participation is low, especially in traditional systems.

Milpa Intensification Processes Women and Youth Participation CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA SUSTAINABILITY INTERCROPPING FOOD SECURITY INNOVATION SOCIAL INCLUSION AGROECOSYSTEMS CASE STUDIES

Análisis de velocidad de soldadura robotizada para proceso MIG en acero1045 AISI

Carlos Eduardo Hernández Acero (2022, [Tesis de maestría])

Esta investigación denominada “análisis de velocidad de soldadura robotizada para proceso MIG en acero 1045 AISI” busca el desarrollo de un modelo matemático que permita, mediante parámetros conocidos, el cálculo de la penetración de soldadura en piezas unidas con proceso Metal Inert Gas (MIG). El objetivo se centra en buscar la combinación de valores paramétricos para la velocidad de soldadura, el voltaje y la corriente, los que se obtienen mediante la aplicación de un diseño experimental, que, ejecutadas en el proceso, pueda lograr una penetración de soldadura aceptable para la unión de la pieza. El modelo de superficie de respuesta aplicado fue un diseño de experimentos 2k con diseño central compuesto, y posteriormente el modelo se utilizó para estimar la velocidad de soldadura. Este diseño de experimentos se ejecutó por medio del programa estadístico Minitab versión 17. (Hernández Acero et al., 2022). Una vez teniendo la penetración de soldadura deseada en la pieza, se puede calcular la velocidad de soldadura necesaria para el cálculo de tiempo ciclo y utilizar los parámetros definidos de corriente y voltaje. Los valores de estos factores serán útiles para comenzar la programación del robot ya con la celda funcional y reducir el tiempo de arranque en automático (Hernández Acero et al., 2022).

This research, named “robotic welding speed analysis for MIG process in 1045 AISI steel”, seeks to develop a mathematical model that allow, through know parameters, the calculation of welding penetration in parts joined with Metal Inert Gas (MIG) process. The objective is focused on finding the combination of parametric values for robot welding speed, voltage and current, which are obtained through the application of a design of experiments, which, executed in the process, can achieve an acceptable welding penetration for the union of the part. The response surface model applied was a 2k design of experiments with central composite design, and subsequently the model was used to estimate the welding speed. This design of experiments was obtained using the statistical software Minitab version 17. (Hernández Acero et al., 2022). Once having the desired welding penetration in the part, it can calculate the welding speed necessary for the cycle time calculation and use the defined parameters of current and voltage to start programming the robot with the functional cell and reduce the time of startup (Hernández Acero et al., 2022).

Soldadura MIG Penetración Tiempo ciclo Velocidad de soldadura MIG welding Penetration Cycle time Welding speed INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

In-service weld repair by direct deposition: numerical simulation and experimental validation

LUIS DANTE MELENDEZ MORALES Jose Jorge Ruiz Mondragon MARICRUZ HERNANDEZ HERNANDEZ (2023, [Artículo])

In-Service Welding is a technological process for which interconnection and repair of pipelines can be made while they are in operation, before making it two main risks need to be assessed: hydrogen cracking and burn-through. Current simulations and validations assess these risks independently, but due to its interdependence these risks need to be assessed in conjunction. A repair method not normally used, but with high potential due to its simplicity and versatility is the direct deposition of weld. In the present research, a fluid-thermo-mechanical coupled simulation and validation were done of an in-service welding repair by direct deposition on a flowing pressurized pipe having an internal defect. The results demonstrated the effectiveness of using this repair method to restore the mechanical strength of pipelines. Surface, sub-surface, and volumetric non-destructive examinations evidenced no cracking immediately to finish the repair and delayed. Temperature tendency curves showed good approximations having a maximum difference of 5.09 % between numerical and experimental. Perimeter deformation along the pipe length between numerical and experimental results displayed a similar behaviour with a significant difference in the numerical values attributed to the lack of input data for weld properties. The structural analysis performed in this study used the approach of the risk of burn-through under internal pressure determined by the occurrence of localized radial bulging. Numerical results indicated no relevant plastic strain occurs. Is strongly recommended that thermal analysis assessments using the actual defect morphology would be performed, not only considering the remaining thickness of the pipe.

Declaration of Competing Interest: The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

Acknowledgements: The authors gratefully acknowledge to Petropipe de Mexico for technical support, materials and equipment needed for the experimental validation. The first author wants also to acknowledge to CONAHCYT (Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías), for the post-graduate scholarship received.

In-service welding Burn-through Hydrogen cracking Weld repair INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Simulación y validación de la reparación de ductos en servicio por la deposición directa de soldadura

LUIS DANTE MELENDEZ MORALES (2023, [Tesis de doctorado])

El transporte de hidrocarburos por ductos enterrados es la forma más segura, confiable y económica para su suministro, estos pueden extenderse grandes longitudes territoriales e inclusive atravesar países con tal de satisfacer la demanda energética. No obstante, los ductos pueden sufrir daños provocados por el ambiente, su operación o bien provocados por terceros, siendo necesario que sean intervenidos reemplazando las secciones dañadas. Las regulaciones nacionales y tratados internacionales desalientan la liberación de grandes cantidades de gas natural a la atmósfera, por demás de que un paro de suministro conlleva a desabasto energético, multas y a costosas operaciones asociadas con la rehabilitación del ducto, forzando a soldar envolventes y accesorios sin detener la operación de los ductos, esto se conoce como “soldadura en servicio”. La soldadura en servicio es un proceso tecnológico, por el cual se puede efectuar la interconexión y la reparación de ductos mientras están en operación, previo a realizar estas actividades, se requiere que dos riesgos sean evaluados: agrietamiento por hidrógeno y quemada pasante. Las simulaciones actuales y validaciones evalúan estos riesgos de forma independiente, pero debido a su interdependencia estos riesgos deben evaluarse en conjunto. Un método de reparación que no es normalmente empleado, pero con un alto potencial debido a su simplicidad y versatilidad, es la deposición directa de soldadura. En la presente investigación, se realizó una simulación numérica fluido-termo-mecánica acoplada con validación experimental, de la reparación de un tubo con flujo presurizado conteniendo un defecto interno por la deposición directa de soldadura. Por medio de la cual, es posible predecir el comportamiento estructural del ducto mientras se realiza la reparación.

La simulación numérica se efectuó con el apoyo del software ANSYS versión académica 22R2, siendo esta una herramienta de última generación capaz de contribuir en la predicción de mecanismos complejos como lo es la soldadura en servicio, incrementando con ello la seguridad y confiabilidad de estas operaciones. Cabe hacer mención, que la regulación nacional prohíbe la reparación de defectos internos por la deposición directa de soldadura, esto se debe principalmente a la falta de investigaciones validadas que respalden su viabilidad. Los resultados demostraron la efectividad de emplear este método de reparación para restaurar la resistencia mecánica de los ductos. Las inspecciones por pruebas no destructivas superficiales, subsuperficiales y volumétricas, evidenciaron que no ocurrió agrietamiento inmediatamente al finalizar la reparación y retardada (posterior a por lo menos 12 horas después de haberse finalizada la reparación, tiempo suficiente para permitir la difusión de hidrógeno atómico a hidrógeno molecular). Las curvas de tendencia de temperatura mostraron buena aproximación teniéndose una diferencia máxima de 5.09% entre los resultados numéricos y experimental. Los resultados numéricos y experimentales de la deformación perimetral a lo largo de la longitud de la tubería mostraron un comportamiento similar con una diferencia significativa del 17.7% entre los valores numéricos atribuidos a la falta de información de entrada para las propiedades de la soldadura. El análisis estructural efectuado en este estudio emplea la estimación del riesgo de quemada pasante bajo presión interna, determinado por la ocurrencia de abultamiento radial localizado. Los resultados numéricos indican que no ocurre deformación plástica relevante. Se hace una fuerte recomendación para que las evaluaciones de análisis térmico empleen la morfología actual del defecto y no solo consideren el espesor remanente del tubo. De acuerdo con la revisión bibliográfica realizada y recientemente publicada, este tipo de simulación numérica acoplada con validación experimental de la reparación de ductos en servicio por deposición directa de soldadura para la reparación de defectos internos contemplando la prevención de quemada pasante y agrietamiento por hidrógeno no ha sido realizada con anterioridad.

Hydrocarbon transportation by buried pipelines is the safest, most reliable, and economical way for its supply; these can extend long territorial distances and even cross countries with the purpose of satisfying the energy demand. However, the pipelines can suffer damages caused by their environment, their operation, or provoked by third parties, making necessary interventions to replace the damaged sections. National regulations and international agreements discourage the release of large quantities of natural gas into the atmosphere; moreover, a stop in its supply entails an energetic shortage, fines, and expensive operations associated with the pipeline rehabilitation, forcing to weld sleeves and fittings without stop the pipeline operation, this is known as “In-Service Welding”. In-Service welding is a technological process for which interconnection and repair of pipelines can be made while they are in operation; before making it, two main risks need to be assessed: hydrogen cracking and burn-through. Current simulations and validations assess these risks independently, but due to their interdependence, these risks need to be assessed in conjunction. A repair method not normally used but with high potential due to its simplicity and versatility is the direct deposition of the weld. In the present research, a fluid-thermo-mechanical coupled numerical simulation with experimental validation was done of a repair on a pipe with pressurized flow having an internal defect by direct deposition of the weld. It is possible predict the structural behavior of a pipeline while the reparation is performed.

The numerical simulation was done with the support of ANSYS software academic version 22R2, the latest generation tool able to contribute to the prediction of complex mechanisms, as is in-service welding, increasing the security and confidence of these operations. It is worth mentioning that national regulation forbids the reparation of internal defects for direct deposition of the weld; the main reason is the lack of validated investigations supporting its viability. The results demonstrated the effectiveness of using this repair method to restore the mechanical strength of pipelines. Surface, sub-surface, and volumetric non-destructive inspections evidenced no cracking immediately to finish the repair and delayed (after at least 12 hours of having finished the repair, time enough to allow the hydrogen diffusion from atomic hydrogen to molecular hydrogen). Temperature tendency curves showed good approximations, having a maximum difference of 5.09 % between numerical and experimental. Perimeter deformation along the pipe length between numerical and experimental results displayed a similar behavior with a significant difference of 17.7% against numerical values attributed to the lack of input data for weld properties. The structural analysis performed in this study used the approach of the risk of burn-through under internal pressure determined by the occurrence of localized radial bulging. Numerical results indicated no relevant plastic strain occurs. It is strongly recommended that thermal analysis assessments using the actual defect morphology be performed, not only considering the remaining thickness of the pipe. According to the bibliographic revision performed and recently published, this kind of coupled numerical simulation of in-service repair or pipelines by direct deposition for repairing internal defects considering the prevention of burn-through and hydrogen cracking has not been done.

Ducto Soldadura en servicio Quemada pasante Agrietamiento por hidrógeno Reparación de soldadura Simulación numérica Pipeline In-service welding Burn-through Hydrogen cracking Weld repair Numerical simulation INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS