FRLP - I+D+i - GRUPOS UTN
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Item A differential equation for the flow rate during silo discharge Beyond the Beverloo rule(EPJ Web of Conferences, 2017) Madrid, Marcos A.; Darias, José Ramón; Pugnaloni, LuisWe present a differential equation for the flow rate of granular materials during the discharge of a silo. This is based in the energy balance of the variable mass system in contrast with the traditional derivations based on heuristic postulates such as the free fall arch. We show that this new equation is consistent with the well known Beverloo rule, providing an independent estimate for the universal Beverloo prefactor. We also find an analytic expression for the pressure under discharging conditions.Item Analizando el cambio climático mediante el enfoque basado en competencias : Estudio de caso en México y en Argentina(Congreso Internacional sobre TIC, e-Learning y Educación, Cartagena, de Indias, Colombia, 2020) Calderón Salas, Idalí; Caballero Concha, Norma Angélica; Prodanoff, Fabiana; Juanto, SusanaEl cambio climático es un tema de preocupación a nivel mundial. Dado que es muy importante entender y reflexionar sobre sus causas, comprender su carácter interdisciplinario, se diseñó una experiencia de aprendizaje enraizada en el EBC. El objetivo de esta investigación fue identificar el desarrollo de competencias de estudiantes universitarios con dos formaciones diferentes (Ingeniería y Biología) provenientes de Argentina y México. La metodología consistió en el diseño e implementación de una experiencia de aprendizaje híbrida con componentes de aula invertida, taller y proyecto, y en el análisis del proceso de desarrollo de competencias dado que los dos grupos de estudiantes carecían de experiencia previa en EBC, permitiendo reflexiones sobre la metacognición. Como parte final de la experiencia, dada su formación, los estudiantes de Argentina se enfocaron en encontrar soluciones propuestas desde la Ingeniería, mientras que los de México realizaron campañas virtuales de concientización sobre los efectos y el cuidado del medio ambiente, consistente con su perfil en Ciencias Biológicas. Se realizó una encuesta final idéntica para los estudiantes de ambos países, donde se puso de manifiesto que los estudiantes adoptaron muy bien la propuesta y mostraron gran interés y disponibilidad para desarrollar las diversas competencias que se perseguían.Item Apparent mass during silo discharge Nonlinear effects related to filling protocols(Elsevier, 2017) Peralta, Juan Pablo; Aguirre, María; Geminard, Jean Christophe; Pugnaloni, LuisWe study the evolution of the force exerted by a granular column on the bottom surface of a silo during its discharge. Previous to the discharge, we prepare the system using different filling procedures: distributed, i.e. a homogeneous rain of grains across the cross-section of the silo; concentric, a granular jet along the silo axis; and a combination of both, i.e. filling half of the silo using one procedure and the second half using the other. We observe that each filling protocol leads to distinctive evolutions of the apparent mass (i.e., the effective weight sensed at the base) during the discharge. Interestingly, the use of combined filling protocols may lead to a reduced apparent mass, smaller than any other achieved with a simple filling. We propose a model based on the Janssen rationale that quantitatively accounts for the latter puzzling experimental observation.Item Arch based configurations in the volume ensemble of static granular systems(Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, 2015) Slobinsky, D.; Pugnaloni, LuisWe propose an alternative approach to count the microscopic static configurations of granular packs under gravity by considering arches. This strategy obviates the problem of filtering out configurations that are not mechanically stable, opening the way for a range of granular models to be studied via ensemble theory. Following this arch-based approach, we have obtained the exact density of states for a 2D, non-interacting rigid arch model of granular assemblies. The calculated arch size distribution and volume fluctuations show qualitative agreement with realistic simulations of tapped granular beds. We have also validated our calculations by comparing them with the analytic solution for the limiting case of a quasi-1D column of frictionless disks.Item Arching during the segregation of two dimensional tapped granular systems Mixtures versus intruders(Springer, 2014) Uñac, Rodolfo; Benito, Jesica; Vidales, Ana María; Pugnaloni, LuisWe present numerical simulations of binary mixtures of granular disks subjected to tapping. We consider the size segregation process in terms of the arches formed by small and big particles. Although arching has been proposed as one of the chief mechanisms that determines size segregation in non-convecting systems, there is no direct data on arching to support the existing proposals. The pseudo-dynamic approach chosen for this work allows for a straightforward identification of arches in the bulk of the column. We find that, indeed, arch formation and breakage are crucial to the segregation process. Our results show that the presence of large particles induce the formation of more arches than found in mono-sized samples. However, tapping leads to the progressive breakage of big arches where large particles are involved as the segregation process takes place. Interestingly, isolated intruders may or may not rise under tapping depending not only on the size ratio (as it is well known) but also on the degree of ordering of the environment.Item Bomba Calorimétrica : reconstrucción de un equipo(2019) Juanto, Susana; Stei, Jorge; Prodanoff, Fabiana; Moreno Yalet, NahuelEl presente trabajo trata sobre la reconstrucción de una bomba calorimétrica en la FRLP UTN y el trabajo con esta durante el 2018. El calorímetro se construyó utilizando la bomba calorimétrica de un calorímetro antiguo en desuso, con la intención de que la facultad en un futuro inmediato cuente con este dispositivo, y pueda ser utilizado tanto para fines educativos, como para trabajos para terceros. En este trabajo se relata como se armó el calorímetro, y el procedimiento que se utilizó para tomar las muestras. Se detallan los problemas que se encontraron en el camino y como fueron solucionados. Se muestran los resultados que se obtuvieron, las conclusiones del trabajo realizado y se habla de las mejoras pensadas a realizar a futuro.Item Capítulo 4. Química : desarrollando enseñanza virtual en la pandemia(Artemis, 2023) Juanto, Susana; Prado, Gerónimo; Mardones, Lucas;Este trabajo describe el trabajo docente en cátedras de Química para Ingeniería, en la Universidad Tecnológica Nacional, Argentina. Debido a las condiciones impuestas por la pandemia, en 2020 no se pudo cumplir con las clases presenciales obligatorias para carreras de grado. Nuestra Universidad ya contaba con una plataforma propia tipo Moodle, pero solo se usaba para posgrado. A partir de marzo de 2020, reorganizamos la planificación y nuestras estrategias de enseñanza para formato virtual. Implementamos clases sincrónicas sobre temas de teoría, y empleamos la modalidad asincrónica para diversos formatos de cuestionarios en la plataforma, progresando en complejidad. En este trabajo intentamos analizar los pro y contra de la modalidad virtual y la modalidad presencial. Para hacer más empática la relación con los estudiantes, la introducción al tema consistía en breves diálogos dramatizados entre los docentes. También grabamos videos breves, como resúmenes de temas centrales, inaugurando nuestro canal de YouTube. Y al no poder asistir al laboratorio, propusimos realizar experimentos en el hogar, con las sustancias e instrumentos de medida disponibles, cuyo desarrollo se monitoreaba en clase. El desarrollo y los resultados de esos experimentos se expusieron con apoyo de TIC, permitiendo evaluar también competencias como trabajo en equipo, adecuada expresión estrategias antes que sólo clases virtuales asincrónicas, e inclusive prefieren mantenerlas aún con clases presenciales.Item Caso de desarrollo tecnológico local, generación de material didáctico de bajo costo para la implementación de trabajos de laboratorio(CONAIISI, 2015-11-19) Prodanoff, Fabiana; Juanto, Susana; Alustiza, Diego; Cristofoli, Nahuel; Zapata, Matías; Abraham, IsmaelEn este trabajo se describe una experiencia llevada adelante en la UTN FRLP en el contexto de una de las líneas de investigación del Grupo IEC (Investigación en Enseñanza de la Ciencias) durante el primer semestre del año 2015. La experiencia consiste en el desarrollo de un sistema electrónico capaz de traducir la información detectada por cuatro sensores de diferentes magnitudes físicas, en información susceptible de ser expuesta en una computadora para su posterior análisis. Con el fin de ser usado como material de asistencia en trabajos de laboratorio en los espacios de enseñanza de materias como Física y Química, se realizó el desarrollo integral del hardware y del software involucrado. Se concluye mostrando el potencial del desarrollo de proyectos de esta naturaleza y su impacto en el contexto educativo en el que se explotan los emergentes de los mismos.Item Clasificación de plásticos, una oportunidad para integrar física, química y CTS(Revista de enseñanza de la física, 2015-11-01) Juanto, Susana; Zapata, Matías; Prodanoff, FabianaEn los cursos de Ciencias Básicas de las carreras de Ingeniería, se detecta que los alumnos que cursan Física encuentran dificultades en la comprensión del concepto de densidad, mientras que los que cursan Química no están tan habituados a medir al empuje como una fuerza. Ambas miradas pueden complementarse al usar una balanza de Mohr-Westphal que determina densidades de líquidos a través de la medida del empuje. Es por ello, que se implementó una experiencia de laboratorio compartida, midiendo densidades de plásticos por flotación en diversas soluciones. La densidad de las soluciones se mide con la mencionada balanza, y se emplean para identificar plásticos de acuerdo a su flotabilidad. También se realiza una Webquest sobre los usos de los diversos tipos de plásticos, y su impacto ambiental, con enfoque CTS.Item Clogging transition of many particle systems flowing through bottlenecks(Scientific Reports, 2014) Zuriguel, Iker; Parisi, Daniel; Cruz Hidalgo, Raul; Lozano, Celia; Janda, Alvaro; Gago, Paula; Peralta, Juan; Ferrer, Luis; Pugnaloni, Luis; Clement, Eric; Maza, Diego; Pagonabarraga, Ignacio; Garcimartín, AngelWhen a large set of discrete bodies passes through a bottleneck, the flow may become intermittent due to the development of clogs that obstruct the constriction. Clogging is observed, for instance, in colloidal suspensions, granular materials and crowd swarming, where consequences may be dramatic. Despite its ubiquity, a general framework embracing research in such a wide variety of scenarios is still lacking. We show that in systems of very different nature and scale -including sheep herds, pedestrian crowds, assemblies of grains, and colloids- the probability distribution of time lapses between the passages of consecutive bodies exhibits a power-law tail with an exponent that depends on the system condition. Consequently, we identify the transition to clogging in terms of the divergence of the average time lapse. Such a unified description allows us to put forward a qualitative clogging state diagram whose most conspicuous feature is the presence of a length scale qualitatively related to the presence of a finite size orifice. This approach helps to understand paradoxical phenomena, such as the faster-is-slower effect predicted for pedestrians evacuating a room and might become a starting point for researchers working in a wide variety of situations where clogging represents a hindrance.Item Clogging transition of vibration driven vehicles passing through constrictions(American Physical Society, 2017) Patterson, G.; Fierens, P.; Sangiuliano Jimka, F.; König, P.; Garcimartín, Angel; Zuriguel, Iker; Pugnaloni, Luis; Parisi, DanielWe report experimental results on the competitive passage of elongated self-propelled vehicles rushing through a constriction. For the chosen experimental conditions, we observe the emergence of intermittencies similar to those reported previously for active matter passing through narrow doors. Noteworthy, we find that, when the number of individuals crowding in front of the bottleneck increases, there is a transition from an unclogged to a clogged state characterized by a lack of convergence of the mean clog duration as the measuring time increases. It is demonstrated that this transition—which was reported previously only for externally vibrated systems such as colloids or granulars—appears also for self-propelled agents. This suggests that the transition should also occur for the flow through constrictions of living agents (e.g., humans and sheep), an issue that has been elusive so far in experiments due to safety risks.Item Contact network topology in tapped granular media(American Physical Society, 2013) Arévalo, Roberto; Pugnaloni, Luis; Zuriguel, Iker; Maza, DiegoWe analyze the contact network of simulated two-dimensional granular packings in different states of mechanical equilibrium obtained by tapping. We show that topological descriptors of the contact network allow one to distinguish steady states of the same mean density obtained with different tap intensities. These equal-density states were recently proven to be distinguishable through the mean force moment tensor. In contrast, geometrical descriptors, such as radial distribution functions, bond order parameters, and Voronoi cell distributions, can hardly discriminate among these states. We find that small-order loops of contacts—the polygons of the network—are especially sensitive probes for the contact structure.Item Desarrollo de estrategias didácticas pensando en los nativos digitales en el área de las ciencias básicas(Convención Científica de Ingeniería y Arquitectura, 2016-11-21) Juanto, Susana; Prodanoff, Fabiana; Zerbino, LiaLos estudiantes que actualmente transitan las aulas son los llamados Nativos Digitales, es decir las primeras generaciones que han crecido envueltas por medios digitales. Todas sus actividades rondan a través del uso de telefonía celular, Tablet, Pc y cualquier medio que les permita una rápida comunicación. Con el fin de incorporar al aula esta tecnologías, es que el Grupo de Investigación IEC ha desarrollado e implementado diferentes estrategias didácticas, a saber: el uso de la plataforma Moodle para el seguimiento y evaluación de las actividades realizadas; el empleo de programas interactivos para auto evaluación (Hot Potatoes); utilización de sensores y adquisidores de datos para el desarrollo de laboratorios reales y simulaciones para laboratorios virtuales. El diseño de este material se realizó en el marco referencial de la teoría de Aprendizaje Significativo Crítico propuesta por Marco Antonio Moreira. Todas las actividades se desarrollan en un marco cooperativo, con los contenidos adecuadamente organizados, siendo pertinentes y relevantes en cada tema, permitiendo al estudiante manejar sus tiempos de aprendizaje. Además, se favorece en los estudiantes el desarrollo de las competencias propias de un profesional creativo y participativo incluyendo la ejemplificación de conceptos físicos y químicos en aspectos tecnológicos puntuales.Item El desarrollo de un sistema adquisidor de bajo costo para datos experimentales como herramienta didáctica(VI Congreso Internacional sobre Tecnología e Innovación + Ciencia e Investigación (CITICI). Ciudad Autónoma de Buenos Aires. Argentina. Publicado en libro de memorias. Editorial Corporación CITMED, 2018) Alustiza, Diego; Prodanoff, Fabiana; Juanto, Susana; Cristofoli, NahuelLos estudiantes de Ciencias necesitan realizar experiencias de laboratorio para desarrollar las competencias demandadas por la sociedad, particularmente vincular el saber con el saber hacer. Sin embargo, en Latinoamérica, el alto costo del equipamiento, generalmente importado, impide que algunas Universidades cuenten con laboratorios bien equipados, y la situación es más crítica aún en los niveles pre-universitarios. Nuestro Grupo Investigación en Enseñanza de las Ciencias (IEC) forma estudiantes y becarios de los primeros años de Ingeniería, y desarrolló un sistema de adquisición de datos basado en plaquetas Arduino. La construcción del sistema permitió que los estudiantes involucrados trabajen colaborativamente en: temas básicos de electrónica; temas relacionados a sensores específicos; temas de diseño ergonómico e impresión en 3D; temas de programación; profundización en inglés técnico y temas de integración en prácticas de laboratorio. El sistema producido funciona en forma eficiente como kit didáctico para laboratorios de Física y Química, la experiencia de aprendizaje resultó enormemente enriquecedora, tanto para los estudiantes que desarrollaron una variedad de competencias, como para los docentes involucrados que se vieron inmersos en una nueva metodología de enseñanza. Ofrecemos replicar la experiencia para estudiantes de nivel universitario, con el propósito de formar una comunidad de usuarios del sistema de adquisición.Item Desarrollo propio de un sistema de adquisición de datos para trabajos de laboratorio(Congreso Nacional en Enseñanza de las Ciencias de la Naturaleza y la Matemática, 2017-08-24) Juanto, Susana; Alustiza, Diego; Prodanoff, Fabiana; Quintero, Camila; Cristofoli, NahuelEn esta publicación se presenta el desarrollo de un sistema electrónico de adquisición de datos llamado Pρ-V02 diseñado para ser usado como herramienta de enseñanza de Física y Química tanto de nivel secundario como universitario. En particular, se relata una aplicación del mismo en una experiencia de laboratorio, a fin de ilustrar sus ventajas: es económico, sencillo de utilizar y compatible con numerosos sensores. El objetivo de este proyecto consistió en producir un sistema de adquisición de datos diseñado y construido por docentes investigadores y becarios de nuestro Grupo IEC (Investigación en Enseñanza de las Ciencias), de la FRLP, UTN, para responder a la necesidad de actualizar y aumentar la cantidad de elementos disponibles para la ejecución de trabajos de laboratorio en el Departamento de Ciencias Básicas de la FRLP.Item Despertando en el secundario el interés por las carreras científico tecnológicas a través del trabajo experimental(REF, 2017-09-25) Juanto, Susana; Prodanoff, Fabiana; Alustiza, Diego; Zerbino, Lia; Ronconi, Jorge; Cristofoli, Nahuel; Stei, JorgeEs sabido que en la mayoría de los colegios secundarios no se cuenta con personal especializado en el mantenimiento y reparación de equipos de laboratorio y, que en general, los profesores no cuentan ni con el tiempo ni con las competencias para la tarea. Como resultado, esos equipos quedan descartados o sin uso en las clases de ciencias perdiéndose la oportunidad de despertar curiosidad e interés en los alumnos, y lo que es peor, sin aprovechar la oportunidad que la experimentación brinda para lograr un aprendizaje significativo, una alfabetización científica y un eventual interés por profundizar y encarar posteriormente carreras científico-técnicas. La utilización de dichos equipos combinada con los sistemas de adquisición de datos desarrollados por nuestro grupo contribuirán a agilizar y modernizar el proceso de aprendizaje, como también a fomentar las vocaciones en las carreras científico – técnicas.Item Determination of the angle of repose and coefficient of rolling friction for wood pellets(2022-02-08) Madrid, Marcos A.; Fuentes., José María; Ayuga, Francisco; Gallego Vazquez, EutiquioThe determination of the angle of repose for granular materials is indispensable for their handling and the design of containers and technological processing equipment. On the other hand, computational simulations have become an essential tool to understand the micro-behavior of the granular material and to relate it with the macro-behavior. The experimental determination of the angle of repose has a fundamental role when defining the required parameters to perform realistic simulations. However, there is a lack of a standard that allows the reproducibility of the experiments when using granular materials of equivalent spherical radius greater than 2 mm, such as corn, soybeans, wheat and PLA pellets, among others. In particular, a product of growing importance in the global strategy of decarbonization of the economy is biomass pellets, whose handling operations are one of the main components for the total cost of pellets supplied to the final user. In the present work, with the aim of determining the rolling friction coefficient, the variations in the angle of repose with the drop height for biomass pellets were studied both experimentally and with simulations, and an optimal procedure for its determination was found. Then, a calibration of the coefficient of rolling friction was performed through computational simulations using the discrete element method. The accuracy of the model under different configurations was checked.Item Differential equation for the flow rate of discharging silos based on energy balance(2020-05) Darias, José Ramón; Madrid, Marcos A.; Pugnaloni, LuisSince the early work of Hagen in 1852 and Beverloo et al. in 1961, the flow rate of granular material discharging through a circular orifice from a silo has been described by means of dimensional analysis and experimental fits, and explained through the “free fall arch” model. Here, in contrast with the traditional approach, we derive a differential equation based on the energy balance of the system. This equation is consistent with the well known Beverloo rule thanks to a compensation of energy terms. Moreover, this new equation can be used to explore new conditions for silo discharges. In particular, we show how the effect of friction on the flow rate can be predicted. The theory is validated using discrete element method simulations.Item Dynamic transition in conveyor belt driven granular flow(Elsevier, 2015) Cordero, José; Pugnaloni, LuisWe consider the flow of disks of diameter d driven by a conveyor belt of dynamic friction coefficient μ through an aperture on a flat barrier. The flow rate presents two distinct regimes. At low belt velocities v the flow rate is proportional to v and to the aperture width A. However, beyond a critical velocity, the flow rate becomes independent of v and proportional to (A − kd)3/2 in correspondence with a two-dimensional Beverloo scaling. In this high-velocity regime we also show that the flow rate is proportional to μ1/2. We discuss that these contrasting behaviors arise from the competition between two characteristic time scales: the typical time a disk takes to stop on the belt after detaching from the granular pack and the time it takes to reach the aperture.Item Effect of bevelled silo outlet in the flow rate during discharge(2023-07-29) Gago, Paula; Madrid, Marcos A.; Boettcher, Stefan; Blumenfeld, Raphael; King, PeterWe investigate the effect of a bevelled (or slanted) outlet on the discharge rate of mono-sized spheres from a quasi-two-dimensional silo, using the discrete element method. In contrast to hopper discharges, where the bevelling is across the entire base of the container, we study a bevelled opening that is significantly smaller than the silo width and in which the slanting is limited to half a sphere diameter at the boundary of the outlet. We show that the bevelling increases the flow rate comparably to the inclination in hopper walls. Using Beverloo’s model, we relate this increase in rate to what we define as the ‘effective opening’ of the silo and analyse the velocity profiles associated with the discharges. We show that different openings, having effectively the same discharge rates, give rise to distinctly different internal dynamics in the silo. These results have the potential to aid industrial processes by fine-tuning and improving control of silo discharges, with a minimal impact on silo design, thus significantly reducing production and handling costs.
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