Advanced numerical techniques for the acoustic modelling of materials and noise control devices in the exhaust system of internal combustion engines

[EN] This Thesis is focused on the development and implementation of efficient numerical methods for the acoustic modelling and design of noise control devices in the exhaust system of combustion engines. Special attention is paid to automotive perforated dissipative silencers, in which significant differences are likely to appear in their acoustic behaviour, depending on the temperature variations within the absorbent material. Also, material heterogeneities can alter the silencer attenuation performance. Therefore, numerical techniques considering all these features are required to guarantee the accuracy of the results. A literature review is carried out, mainly related to one-dimensional models, as well as to acoustic models for absorbent materials and perforated surfaces. However, plane wave model limitations make indispensable using alternative multidimensional methods. In addition, the possibility of using new acoustic elements is explored. These elements have as an objective being a potential alternative to the fibrous absorbent materials, which can have a negative impact on health. The Thesis considers the use of microperforated and sintered surfaces. The latter have, in some cases, a nearly constant acoustic impedance, whose value depends, among others, on the thickness and porosity of the plates. To avoid the limitations of plane wave models, a finite element (FE) approach is proposed for the acoustic analysis of dissipative silencers including a perforated duct with uniform axial mean flow and an outer chamber with a heterogeneous distribution of the absorbent material. On the other hand, property variations can be also produced by temperature gradients. In this case, a hybrid FE model has been derived for perforated dissipative silencers including: (1) Thermal gradients in the central duct and the chamber; (2) A perforated passage carrying non-uniform axial mean flow. A FE approach has been implemented to solve the pressure-based wave equation for a non-moving heterogeneous medium, associated with the chamber. Also, the governing equation in the central duct has been written and solved in terms of an acoustic velocity potential to allow the presence of an axially inhomogeneous flow. The coupling between both regions has been carried out by means of a perforated duct and its acoustic impedance, adapted here to include absorbent material heterogeneities and mean flow effects. It has been found that the presence of non-homogeneities can have a significant influence on the acoustic attenuation of a silencer and should be included in the theoretical models. Optimization techniques for industrial noise control devices are relevant, since they lead to the production of elements with better characteristics. Evolutionary algorithms are emergent techniques able to obtain a solution, even in those problems in which the traditional optimization have difficulties. Optimization techniques are combined with the FE method to achieve the maximum attenuation in the frequency range of interest. A multichamber silencer optimization problem is defined and several analyses are carried out to obtain the most suitable configuration for each application. Under certain assumptions of axial uniformity, several techniques have been considered to reduce the computational effort of a full 3D FE analysis for dissipative silencers with temperature gradients and mean flow. These are based on a decomposition of the acoustic field into transversal and axial modes within each silencer subdomain, and a matching procedure of the modal expansions at the silencer area changes through the continuity conditions of the acoustic fields. The relative computational efficiency and accuracy of predictions for the matching techniques are studied, including point collocation at nodes and Gauss points and also mode-matching with weighted integration. All of them provide accurate predictions of the attenuation and improve the computational cost of a FE calculation[ES] Esta Tesis se centra en el desarrollo e implementación de métodos numéricos eficientes para el diseño y modelado de componentes de la línea de escape en motores de combustión interna. Merecen especial atención los silenciadores disipativos perforados de automóviles, ya que su comportamiento acústico puede sufrir variaciones importantes debidas a las variaciones de temperatura en el material absorbente, así como a las heterogeneidades de la fibra. Por tanto, se requieren técnicas numéricas que consideren estos casos para garantizar la precisión de los resultados. Se lleva a cabo una revisión bibliográfica que recoge los modelos de onda unidimensionales, así como modelos acústicos de materiales absorbentes y superficies perforadas. Sin embargo, las limitaciones de los primeros hacen indispensable el uso de modelos multidimensionales. Además se explora la posibilidad de usar nuevos elementos acústicos, cuyo objetivo es ser una alternativa potencial a los materiales absorbentes, que pueden tener un efecto negativo sobre la salud. La Tesis considera el uso de superficies microperforadas y sinterizadas. Estas últimas en algunos casos presentan una impedancia casi constante, cuyo valor depende, entre otras cosas, del espesor y la porosidad de las placas. Para evitar las limitaciones de los modelos de onda plana, se propone un enfoque en elementos finitos (EF) para el análisis acústico de silenciadores disipativos que incluyen un conducto con flujo medio axial uniforme y una cámara externa con una distribución heterogénea de material absorbente. Por otro lado, la variación de las propiedades también puede producirse por gradientes térmicos. En este caso, se propone una formulación híbrida de EF para silenciadores disipativos perforados que incluye: (1) Gradientes térmicos en el conducto central y la cámara; (2) Un conducto perforado que canaliza flujo medio axial no uniforme. Se ha implementado una formulación de EF para resolver la ecuación de ondas en términos de presión para el medio estacionario heterogéneo asociado a la cámara. Además, la ecuación asociada al conducto central, expresada en términos de potencial de velocidad acústica, permite la presencia de flujo axial no uniforme. El acoplamiento entre ambas regiones se ha realizado mediante un conducto perforado y su impedancia acústica y se ha adaptado para incluir la citada falta de homogeneidad. Se ha visto que las heterogeneidades pueden influir notablemente en la atenuación acústica de un silenciador, debiéndose incluir en los modelos teóricos. Las técnicas de optimización para componentes industriales de control de ruido son importantes, ya que producen elementos con mejores características. Los algoritmos evolutivos son técnicas emergentes capaces de obtener una solución, incluso cuando la optimización tradicional tiene dificultades. Las técnicas de optimización se combinan con el MEF para conseguir la máxima atenuación posible en el rango de frecuencias de interés. Se ha definido un problema de optimización de un silenciador multicámara y se han llevado a cabo varios análisis para obtener la configuración más adecuada para cada caso. Bajo ciertas hipótesis de uniformidad axial, se han considerado varias técnicas para reducir el coste computacional de un análisis 3D completo para silenciadores disipativos con gradientes de temperatura y flujo medio. Éstas se basan en la descomposición del campo acústico en modos axiales y transversales dentro de cada subdominio, y un procedimiento de acoplamiento de las expansiones modales en los cambios de sección del silenciador mediante las condiciones de continuidad de los campos acústicos. Se estudia la eficiencia computacional y precisión de las predicciones de las técnicas de acoplamiento, incluyendo colocación puntual en nodos y puntos de Gauss, así como ajuste modal. Todos ellos proporcionan predicciones precisas de la atenuación mejorando el coste[CA] Aquesta Tesi es centra en el desenvolupament i implementació de mètodes numèrics eficients per al disseny i modelatge de components de la línia d'escapament en motors de combustió interna. Mereixen especial atenció els silenciadors dissipatius perforats d'automòbils, ja que el seu comportament acústic pot patir variacions importants degudes a les variacions de temperatura en el material absorbent, així com a les heterogeneïtats de la fibra. Per tant, es requereixen tècniques numèriques que considerin aquests casos per garantir la precisió dels resultats. Es porta a terme una revisió bibliogràfica que recull els models d'ona unidimensionals, així com models acústics de materials absorbents i superfícies perforades. No obstant això, les limitacions dels primers fan indispensable l'ús de models multidimensionals. A més s'explora la possibilitat d'usar nous elements acústics amb l'objectiu que siguen una alternativa potencial als materials absorbents, que poden tenir un efecte negatiu sobre la salut. La Tesi considera l'ús de superfícies microperforades i sinteritzades. Aquestes últimes en alguns casos presenten una impedància gairebé constant. El seu valor depèn, entre altres coses, del gruix i la porositat de les plaques. Per evitar les limitacions dels models d'ona plana, es proposa un enfocament amb elements finits (EF) per a l'anàlisi acústic de silenciadors dissipatius que inclouen un conducte amb flux mig axial uniforme i una càmera externa amb una distribució heterogènia de material absorbent. D'altra banda, la variació de les propietats també es pot produir per gradients tèrmics. En aquest cas, es proposa una formulació híbrida d'EF per silenciadors dissipatius perforats que inclou: (1) Gradients tèrmics en el conducte central i la càmera; (2) Un conducte perforat que canalitza flux mig axial no uniforme. S'ha implementat una formulació d'EF per resoldre l'equació d'ones en termes de pressió per al medi estacionari heterogeni associat a la càmera. A més, l'equació associada al conducte central, expressada en termes de potencial de velocitat acústica, permet la presència de flux axial no uniforme. L'acoblament entre les dues regions s'ha realitzat mitjançant un conducte perforat i la seva impedància acústica i s'ha adaptat per incloure la esmentada falta d'homogeneïtat. S'ha vist que les heterogeneïtats poden influir notablement en l'atenuació acústica d'un silenciador i s'han d'incloure en els models teòrics. Les tècniques d'optimització per a components industrials de control de soroll són importants, ja que produeixen elements amb millors característiques. Els algoritmes evolutius són tècniques emergents capaces d'obtenir una solució, fins i tot quan l'optimització tradicional té dificultats. Les tècniques d'optimització es combinen amb el mètode d'elements finits (MEF) per aconseguir la màxima atenuació possible en el rang de freqüències d'interès. S'ha definit un problema d'optimització d'un silenciador multicàmera i s'han dut a terme diverses anàlisis per obtenir la configuració més adequada per a cada cas. Sota certes hipòtesis d'uniformitat axial, s'han considerat diverses tècniques per reduir el cost computacional d'una anàlisi 3D complet per silenciadors dissipatius amb gradients de temperatura i flux mig. Aquestes es basen en la descomposició del camp acústic en modes axials i transversals dins de cada subdomini, i un procediment d'acoblament de les expansions modals en els canvis de secció del silenciador mitjançant les condicions de continuïtat dels camps acústics. S'estudia l'eficiència computacional i precisió de les prediccions de les tècniques d'acoblament, incloent col·locació puntual en nodes i punts de Gauss, així com ajust modal. Tots ells proporcionen prediccions precises de l'atenuació millorant el cost computacional d'EF.Sánchez Orgaz, EM. (2016). Advanced numerical techniques for the acoustic modelling of materials and noise control devices in the exhaust system of internal combustion engines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64090TESI

Evaluación de estrategias de parametrización geométrica y de la medida de control de la velocidad de convergencia en metodologías de optimización de forma basadas en algoritmos evolutivos

EVALUACIÓN DE LA INFLUENCIA DE LOS PARÁMETROS DE CONTROL, LA FUNCIÓN OBJETIVO Y LA ESTRATEGIA DE PARAMETRIZACIÓN EN LA VELOCIDAD DE CONVERGENCIA DEL PROCESO DE OPTIMIZACIÓN DE FORMA BASADO EN AE EN BASE A PROBLEMAS DE REFERENCIA. ESTUDIO DEL AJUSTE DE UNA DISTRIBUCIÓN ESTADÍSTICA A LA CURVA DE CONVERGENCIA Y DE LA UTILIZACIÓN DE UN ERROR DE DISCRETIZACIÓN VARIABLE SEGÚN EL AVANCE DE LA OPTIMIZACIÓN CON UN PROGRAMA DE GFEMSánchez Orgaz, EM. (2010). Evaluación de estrategias de parametrización geométrica y de la medida de control de la velocidad de convergencia en metodologías de optimización de forma basadas en algoritmos evolutivos. http://hdl.handle.net/10251/16245Archivo delegad

Implementation of activities for the evaluation of the specific instrumental transversal competence in subjects in the area of mechanical engineering

[EN] Most of the higher education frameworks work and evaluate transversal competences, to achieve the excellence of graduates, not only academically but also integrating social aspects, ethics, communication, teamwork, etc. To this end, the present work studies a common methodology both in the activities, to improve the acquisition of the ¿Specific Instrumental¿ transversal competence, as well as in its evaluation. In the practical sessions, the student uses a detailed tutorial with the procedure to obtain the numerical result. The evaluation of the ¿Specific Instrumental¿ transversal competence is deficient following this structure, since it does not show whether the student acquires autonomy to solve similar problems. Therefore, an unguided alternative activity was proposed at the end of each session, which allows to see the evolution of the student in the face of a different problem without guidelines. Experience shows that it is rash to expect the student to handle the program autonomously in the first session. For this reason, the delivery deadline for tasks will be extended by a few weeks. Obviously, guarantee of authenticity is lost, but responsibility for learning is transferred to the student. Allowing the student to spend the time necessary for deep learning, without the pressure of ending the session.Authors gratefully acknowledge the financial support of the Vicerrectorado de Estudios, Calidad y Acreditación and the Vicerrectorado de Recursos Digitales y Documentación of the Universitat Politècnica de València (project PIME B/19-20/165) and the Instituto de Ciencias de la Educación of the Universitat Politècnica de València (EICE INTEGRAL).Pedrosa, AM.; Sánchez Orgaz, EM.; Lozano-Mínguez, E.; Martinez-Sanchis, S. (2020). Implementation of activities for the evaluation of the specific instrumental transversal competence in subjects in the area of mechanical engineering. IATED Academy. 597-602. https://doi.org/10.21125/iceri.2020.0197S59760

Numerical mode matching for sound propagation in silencers with granular material

[EN] This work presents an efficient numerical approach based on the combination of the mode matching technique and the finite element method (FEM) to model the sound propagation in silencers containing granular material and to evaluate their acoustic performance through the computation of transmission loss (TL). The methodology takes into account the presence of three-dimensional (3D) waves and the corresponding higher order modes, while reducing the computational expenditure of a full 3D FEM calculation. First, the wavenumbers and transversal pressure modes associated with the silencer cross section are obtained by means of a two-dimensional FEM eigenvalue problem, which allows the consideration of arbitrary transversal geometries and material heterogeneities. The numerical approach considers the possibility of using different filling levels of granular material, giving rise to cross sections with abrupt changes of properties located not only in the usual central perforated passage, but also in the transition between air and material, that involves a significant change in porosity. After solving the eigenvalue problem, the acoustic fields (acoustic pressure and axial velocity) are coupled at geometric discontinuities between ducts through the compatibility conditions to obtain the complete solution of the wave equation and the acoustic performance (TL). The granular material is analysed as a potential alternative to the traditional dissipative silencers incorporating fibrous absorbent materials. Sound propagation in granular materials can be modelled through acoustic equivalent properties, such as complex and frequency dependent density and speed of sound. TL results computed by means of the numerical approach proposed here show good agreement with full 3D FEM calculations and experimental measurements. As expected, the numerical mode matching outperforms the computational expenditure of the full 3D FEM approach. Different configurations have been studied to determine the influence on the TL of several parameters such as the size of the material grains, the filling level of the chamber, the granular material porosity and the geometry of the silencer cross section.Project supported by a 2016 BBVA Foundation, Spain Grant for Researchers and Cultural Creators. The BBVA Foundation takes no responsibility for the opinions, remarks or content included in the project and/or the results thereof, which are the sole responsibility of the authors. Support of Generalitat Valenciana (Conselleria d'Educacio, Investigacid, Cultura i Esport), Spain through project Prometeo/2016/007 is also acknowledged.Sánchez Orgaz, EM.; Denia Guzmán, FD.; Baeza González, LM.; Kirby, R. (2019). Numerical mode matching for sound propagation in silencers with granular material. Journal of Computational and Applied Mathematics. 350:233-246. https://doi.org/10.1016/j.cam.2018.10.030S233246350Denia, F. D., Sánchez-Orgaz, E. M., Martínez-Casas, J., & Kirby, R. (2015). Finite element based acoustic analysis of dissipative silencers with high temperature and thermal-induced heterogeneity. Finite Elements in Analysis and Design, 101, 46-57. doi:10.1016/j.finel.2015.04.004Astley, R. J. (1996). FE mode-matching schemes for the exterior Helmholtz problem and their relationship to the FE-DtN approach. Communications in Numerical Methods in Engineering, 12(4), 257-267. doi:10.1002/(sici)1099-0887(199604)12:43.0.co;2-8Glav, R. (1996). THE POINT-MATCHING METHOD ON DISSIPATIVE SILENCERS OF ARBITRARY CROSS-SECTION. Journal of Sound and Vibration, 189(1), 123-135. doi:10.1006/jsvi.1996.0009GLAV, R. (2000). THE TRANSFER MATRIX FOR A DISSIPATIVE SILENCER OF ARBITRARY CROSS-SECTION. Journal of Sound and Vibration, 236(4), 575-594. doi:10.1006/jsvi.2000.2994Kirby, R. (2003). Transmission loss predictions for dissipative silencers of arbitrary cross section in the presence of mean flow. The Journal of the Acoustical Society of America, 114(1), 200-209. doi:10.1121/1.1582448Kirby, R. (2009). A comparison between analytic and numerical methods for modelling automotive dissipative silencers with mean flow. Journal of Sound and Vibration, 325(3), 565-582. doi:10.1016/j.jsv.2009.03.032Fang, Z., & Ji, Z. L. (2014). Numerical Mode Matching Approach for Acoustic Attenuation Predictions of Double-Chamber Perforated Tube Dissipative Silencers with Mean Flow. Journal of Computational Acoustics, 22(02), 1450004. doi:10.1142/s0218396x14500040Yang, L., Ji, Z. L., & Wu, T. W. (2015). Transmission loss prediction of silencers by using combined boundary element method and point collocation approach. Engineering Analysis with Boundary Elements, 61, 265-273. doi:10.1016/j.enganabound.2015.08.004Denia, F. D., Sánchez-Orgaz, E. M., Baeza, L., & Kirby, R. (2016). Point collocation scheme in silencers with temperature gradient and mean flow. Journal of Computational and Applied Mathematics, 291, 127-141. doi:10.1016/j.cam.2015.02.007Kirby, R. (2008). Modeling sound propagation in acoustic waveguides using a hybrid numerical method. The Journal of the Acoustical Society of America, 124(4), 1930-1940. doi:10.1121/1.2967837Denia, F. D., Martínez-Casas, J., Carballeira, J., Nadal, E., & Fuenmayor, F. J. (2018). Computational performance of analytical methods for the acoustic modelling of automotive exhaust devices incorporating monoliths. Journal of Computational and Applied Mathematics, 330, 995-1006. doi:10.1016/j.cam.2017.03.010Allard, J. F., & Atalla, N. (2009). Propagation of Sound in Porous Media. doi:10.1002/9780470747339Li, J., Zhao, S., & Ishihara, K. (2013). Study on acoustical properties of sintered bronze porous material for transient exhaust noise of pneumatic system. Journal of Sound and Vibration, 332(11), 2721-2734. doi:10.1016/j.jsv.2012.12.031Cobo, P., & Simón, F. (2016). A comparison of impedance models for the inverse estimation of the non-acoustical parameters of granular absorbers. Applied Acoustics, 104, 119-126. doi:10.1016/j.apacoust.2015.11.006Kirby, R., & Lawrie, J. B. (2005). A point collocation approach to modelling large dissipative silencers. Journal of Sound and Vibration, 286(1-2), 313-339. doi:10.1016/j.jsv.2004.10.016Murphy, J. E., & Chin‐Bing, S. A. (1989). A finite‐element model for ocean acoustic propagation and scattering. The Journal of the Acoustical Society of America, 86(4), 1478-1483. doi:10.1121/1.398708Pierce, A. D. (1990). Wave equation for sound in fluids with unsteady inhomogeneous flow. The Journal of the Acoustical Society of America, 87(6), 2292-2299. doi:10.1121/1.399073Selamet, A., & Ji, Z. L. (1998). ACOUSTIC ATTENUATION PERFORMANCE OF CIRCULAR EXPANSION CHAMBERS WITH OFFSET INLET/OUTLET: I. ANALYTICAL APPROACH. Journal of Sound and Vibration, 213(4), 601-617. doi:10.1006/jsvi.1998.1514Selamet, A., Xu, M. B., Lee, I.-J., & Huff, N. T. (2005). Analytical approach for sound attenuation in perforated dissipative silencers with inlet/outlet extensions. The Journal of the Acoustical Society of America, 117(4), 2078-2089. doi:10.1121/1.1867884Denia, F. D., Selamet, A., Fuenmayor, F. J., & Kirby, R. (2007). Acoustic attenuation performance of perforated dissipative mufflers with empty inlet/outlet extensions. Journal of Sound and Vibration, 302(4-5), 1000-1017. doi:10.1016/j.jsv.2007.01.005Payri, F., Broatch, A., Salavert, J. M., & Moreno, D. (2010). Acoustic response of fibrous absorbent materials to impulsive transient excitations. Journal of Sound and Vibration, 329(7), 880-892. doi:10.1016/j.jsv.2009.10.015P. Glover, Petrophysics MSc Course Notes, MSc Lecture Notes, University of Leeds

Evaluación de la CT10 – Conocimiento de problemas contemporáneos en asignaturas del ámbito industrial

[EN] Competence-based teaching has been consolidated in the Universitat Politècnica de València as a more functional methodology to address the knowledge acquired by students towards the productive sector. The proposed teaching activity for the implementation of the competence of "Knowledge of Contemporary Problems" is the realisation of an industrial project developed within the subject "Design and Application of Industrial Equipment" (Master’s Degree in Industrial Engineering). This competence is about the understanding of the emergence of issues related to current social, political, legal and environmental values. The students can face different problems in the industrial field, but all the projects apply the techniques of this generic competence analysising the Sustainable Development Goals (SDGs) and Industry 4.0. The projects are evaluated through a logistic analysis and the technical solutions proposed by the students. Around 200 academic works over two academic years have been evaluated. The results of the assessment have been correlated with the work and the subject grades. The projects indicate that the concepts of SDG and Industry 4.0 are useful tools, preparing the students for their insertion in the labour market. Further analysis is needed to check if the rubrics method used is functional for this type of competence assessment.[ES] La enseñanza basada en competencias se ha consolidado en la Universitat Politècnica de València como una metodología funcional para enfocar el conocimiento adquirido por los estudiantes hacia el sector productivo.La actividad de enseñanza propuesta para la implementación de la competencia "Conocimiento de Problemas Contemporáneos" es la realización de un proyecto industrial desarrollado dentro de la asignatura "Diseño y Aplicación de Equipos Industriales" (Máster Universitario en Ingeniería Industrial). Esta competencia analiza la comprensión de la emergencia de temas relacionados con los valores sociales, políticos, legales y medioambientales actuales. Los estudiantes se enfrentan a diferentes problemas en el ámbito industrial, pero todos los proyectos aplican las técnicas de esta competencia transversal analizando los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) e Industria 4.0. Los proyectos se evalúan mediante un análisis logístico y las soluciones técnicas propuestas por los estudiantes.Alrededor de 200 trabajos académicos se ha evaluado durante dos cursos académicos. Los resultados de la evaluación se han correlacionado con las calificaciones del trabajo y de la asignatura. Los proyectos indican que los conceptos de los ODS y la Industria 4.0 son herramientas útiles, que preparan a los estudiantes para el mercado laboral. Se require un mayor análisis para comprobar si las rúbricas utilizadas son funcionales para la evaluación de la competencia.Este trabajo se ha desarrollado en el marco del proyecto « Coordinación de metodologías a través de websites de apoyo en los grados de la ETSII" para las competencias "Conocimiento de Problemas Contemporáneos" y "Aprendizaje Permanente" » (19-20/152), de la convocatoria de 2019 para Proyectos de Mejora e Innovación Educatica (PIME) "Aprendizaje+Enseñanza" (A+D), en su modalidad A, promovidos por el Vice-Rectorado de Estudios, Calidad y Acreditación y el Vice-Presidente de Recursos Digitales y Documentación de la Universitat Politècnica de València. El Prof. José F. Villanueva López está a cargo de este PIME intitucional, representando a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial (ETSII).Giner Navarro, J.; Dols Ruiz, JF.; Sánchez Orgaz, EM. (2022). Evaluación de la CT10 – Conocimiento de problemas contemporáneos en asignaturas del ámbito industrial. Editorial Universitat Politècnica de València. 339-347. https://doi.org/10.4995/INRED2022.2022.1588633934

Evaluación de la CT04 - Innovación, Creatividad y Emprendimiento en estudios relacionados con el ámbito industrial

[EN] The Universitat Politècnica de València (UPV) has developed programs defining specific and generic competences for its Bachelors' and Masters' degrees and for the subjects along them. In an engineering context, the competence “Creativity, Innovation and Entrepreneurship (CT-04)” allows the students to face problems of technical nature. The present work is focused on the design of a teaching activity based on the realisation of an industrial project where the aforementioned competence is promoted. This activity has been applied during two academic years in the subject "Design and Application of Industrial Equipment" (Master's Degree in Industrial Engineering). The students face an open project with multiple alternatives and propose solutions to optimise industrial processes. All the projects have to implement creative and innovative techniques to generate technical solutions. The academic works are evaluated following a rubric to establish objective criteria. Analysing these results permits to establish a correlation between the influence of the competence into the project and the final subject grades, inferring that the competence prepares the student to achieve the objectives that must be acquired in the subject. Further work is needed to establish if the proposed rubrics can detect the degree of acquisition of the competence.[ES] La Universitat Politècnica de València (UPV) ha desarrollado problemas que definen competencias transversales y específicas para sus estudios de Grado y Máster y para las diferentes asignaturas. En un contexto ingenieril, la competencia “Creatividad, Innovación y Emprendimento (CT-04)” permite a los estudiantes enfrentarse a problemas de naturaleza técnica.El presente trabajo se focaliza en el diseño de una actividad docente basada en la realización de un proyecto industrial donde se promueve la competencia anterior. Esta actividad se ha realizado durante dos cursos académicos en la asignatura "Diseño y Apliación de Equipos Industriales" (Máster Universitario en Ingeniería Industrial). Los estudiantes se enfrentan a un proyecto abierto con múltiples alternativas y deben proponer soluciones para optimizar procesos industriales. Todos los proyectos tienen que implementar técnicas innovadoras y creativas para proporcionar soluciones técnicas.Los trabajos académicos se evalúan siguiendo una rúbrica que establece criterios objetivos. Analizar estos resultados permite establecer una correlación entre la influencia de la competencia en las calificaciones del proyecto y de la asignatura, determinando que la competencia prepara a los estudiantes para conseguir los objetivos que deben adquirirse en la asignatura. Se requiere profundizar más para establecer si las rúbricas propuestas pueden detectar el grado de adquisición de la competencia.Este trabajo se ha desarrollado en el marco del proyecto « Coordinación de metodologías a través de websites de apoyo en los grados de la ETSII" para las competencias "Innovación, Creatividad y Emprendimiento" y "Ética, Responsabilidad Medioambiental y Profesional" (19-20/151) », de la convocatoria de 2019 para Proyectos de Mejora e Innovación Educatica (PIME) "Aprendizaje+Enseñanza" (A+D), en su modalidad A, promovidos por el Vice-Rectorado de Estudios, Calidad y Acreditación y el Vice-Presidente de Recursos Digitales y Documentación de la Universitat Politècnica de València. La Prof. Mª del Mar Alemany Díaz está a cargo de este PIME intitucional, representando a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial (ETSII).Giner Navarro, J.; Dols Ruiz, JF.; Sánchez Orgaz, EM. (2022). Evaluación de la CT04 - Innovación, Creatividad y Emprendimiento en estudios relacionados con el ámbito industrial. Editorial Universitat Politècnica de València. 239-249. https://doi.org/10.4995/INRED2022.2022.1585723924

Acoustic modelling of large aftertreatment devices with multimodal incident sound fields

[EN] The influence of multimodal incident sound fields on the acoustic behaviour of large aftertreatment devices (ATD) is analysed in detail. The mode matching method is applied to the compatibility conditions of the three-dimensional (3D) acoustic fields at the device geometric discontinuities, leading to the computation of the complex wave amplitudes in all the subdomains involved and the corresponding transmission loss (TL). To have a realistic model, 3D propagation must be considered in the inlet/outlet ducts and chambers, while 1D wave propagation has to be assumed along the small capillaries of the catalytic converter/particulate filter monoliths of the ATD; therefore, these monoliths can be replaced by plane wave four pole transfer matrices from an acoustical point of view [1]. On the other hand, for large ATD inlet ducts such as those found in heavy-duty and off-road engines, the usual models with plane incident wave excitation are not accurate since the onset of higher order incident modes in the inlet duct is expected for the frequency range of interest. Therefore, a TL variation is likely to occur depending on these modes, similar to the results found in large dissipative silencers [2]. Results are presented for three different multimodal incident sound field hypotheses [3]: equal modal amplitude (EMA), equal modal power (EMP) and equal modal energy density (EMED). A relevant influence on the sound attenuation is found for the test problems considered in the current investigation. References [1] Denia, F. D., Martínez-Casas, J., Carballeira, J., Nadal, E., Fuenmayor, F. J., Computational performance of analytical methods for the acoustic modelling of automotive exhaust devices incorporating monoliths. Journal of Computational and Applied Mathematics, 330: 995--1006, 2018. [2] Kirby, R., Lawrie, J. B., A point collocation approach to modelling large dissipative silencers. Journal of Sound and Vibration, 286: 313--339, 2005. [3] Mechel, F. P., Formulas of Acoustics. Berlin, Springer, 2008.The authors gratefully acknowledge Grants PID2020-112886RA-I00 and PID2020-118013RB-C21 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and Project PROMETEO/2021/046 from Generalitat Valenciana.Denia, FD.; Sánchez-Orgaz, EM.; Martínez Casas, J.; Carballeira, J.; Baeza González, LM. (2021). Acoustic modelling of large aftertreatment devices with multimodal incident sound fields. Universitat Politècnica de València. 208-215. http://hdl.handle.net/10251/19055620821

Optimized design of a 700 W wind turbine blade profile through the genetic algorithm

Domestic wind turbines are a source of green energy that is not being exploited by the population due to their high cost. The aim of this article is to find an optimised blade profile to boost the production of domestic wind turbines. With the satisfaction of static and dynamic tests, the goal is to obtain a product with lower costs associated with the material and its production. For this optimisation, the genetic algorithm will be used as it has some strengths such as finding the global optimum or the possibility of manipulating many parameters at the same time. Los aerogeneradores domésticos son una fuente de energía limpia que no está siendo explotada por la población debido, en parte, a su elevado coste. El objetivo de este artículo es encontrar un perfil optimizado de pala para potenciar la producción de aerogeneradores domésticos. Cumpliendo con los ensayos a estática y dinámica, se pretende obtener un producto con menores costes asociados al material y producción de este. Para dicha optimización se empleará el algoritmo genético ya que presentan algunas fortalezas como que encuentra el óptimo global o su posibilidad de manipular muchos parámetros al mismo tiempo. &nbsp

Modelado numérico eficiente del comportamiento acústico de silenciadores de escape con material absorbente granular

[ES] En este trabajo se presenta una técnica numérica precisa y de bajo coste computacional para el análisis del comportamiento acústico de silenciadores de escape con sección transversal arbitraria y material absorbente granular en su interior. Se plantea la utilización de dicho material como una posible alternativa a las tradicionales fibras utilizadas en silenciadores de tipo disipativo. Entre las ventajas de los materiales granulares en la aplicación concreta planteada aquí, cabe destacar la ausencia de su emisión al medio ambiente como consecuencia del arrastre provocado por los gases de escape y la posibilidad de conseguir configuraciones geométricas adaptables a la fuente de ruido mediante un proceso de llenado/vaciado in situ relativamente sencillo. La caracterización acústica del material granular se lleva a cabo mediante la utilización de propiedades como su impedancia y número de onda [1], a partir de las cuales pueden obtenerse la densidad y velocidad del sonido equivalentes, complejas y dependientes de la frecuencia. Con el objetivo de reducir el coste computacional de una formulación completa 3D de EF, se presenta una técnica computacionalmente eficiente basada en un problema de autovalores 2D y el método de ajuste modal, en su versión numérica para contemplar la posibilidad de secciones transversales de geometría arbitraria y propiedades no homogéneas [2, 3]. Para ello, en primer lugar, se resuelve el problema de autovalores y autovectores de la sección transversal mediante un planteamiento 2D de EF. Posteriormente, se acoplan los campos de presión y velocidad acústica en las discontinuidades geométricas mediante ajuste modal. Hallada la solución completa de la ecuación de ondas en el interior del silenciador, se cuantifican sus prestaciones acústicas con distintos niveles de llenado de material absorbente granular. REFERENCIAS [1] P. Cobo and F. Simón, A comparison of impedance models for the inverse estimation of the non-acoustical parameters of granular absorbers , Applied Acoustics, 104, 119-126 (2016). [2] R. Kirby, A comparison between analytic and numerical methods for modelling automotive and dissipative silencers with mean flow , Journal of Sound and Vibration, 325, 565-582 (2009). [3] F. D. Denia, E. M. Sánchez-Orgaz, L. Baeza and R. Kirby, Point collocation scheme in silencers with temperature gradient and mean flow , Journal of Computational and Applied Mathematics, 291, 127-141 (2016).Proyecto realizado con la Ayuda Fundación BBVA a Investigadores y Creadores Culturales 2016. La Fundación BBVA no se responsabiliza de las opiniones, comentarios y contenidos incluidos en el proyecto y/o los resultados derivados del mismo, los cuales son total y absoluta responsabilidad de los autoresSánchez Orgaz, EM.; Denia, FD.; Martínez Casas, J.; Baeza González, LM. (2017). Modelado numérico eficiente del comportamiento acústico de silenciadores de escape con material absorbente granular. International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE). 12-22. http://hdl.handle.net/10251/179954S122

Evaluation activities performance of the specific instrumental transversal competence in subjects of the mechanical engineering area

[Otros] Nowadays, the European higher education space is concerned, not only about the transmission of theoretical knowledge, but also about the acquisition of soft-skills, which are increasingly demanded in the professional profiles of graduates. Therefore, the Universitat Politècnica de València (UPV) has elaborated its own program aiming to develop these generic capabilities, which are embedded in 13 Transversal Competences (CT in Spanish). All of them are worked on and evaluated in all UPV degrees, whether undergraduate or graduate. Specifically, the "Specific Instrumental" transversal competence has been working for two years by a team of lecturers from the Department of Mechanical and Materials Engineering (DIMM in Spanish). Their objective is to develop an effective methodology to work on the acquisition and evaluation of this competence. The tool chosen to work with is ANSYS®, which is widely used in the field of mechanical engineering. This commercial software provides numerical solutions to complex problems using the Finite Element Method (FEM). The proposed methodology has been implemented during this year in three different subjects with a total of 335 students and is based on previous experience carried out in small groups last year. The objective is also to consolidate a procedure suitable for large groups without increasing lecturer's dedication time. After analysing the characteristics that were not entirely satisfactory, the new proposal seeks to improve them while maintaining the correct actions of the previous experience. Thus, laboratory training sessions and a different timed exercise for each student are kept. The most important changes affect the distribution of the worktime of the student and the assessable exercises. The number of evaluable exercises has been reduced to one, as well as the content and the test score. The proposed exercise consists of modelling a mechanical component and carrying out several tasks related to the mechanical study of a component. The correct completion of the different sections allows a numerical evaluation of the laboratory sessions and the suitability of the methodology. At the same time, the justification of the steps followed, and the adequacy of the strategies followed give the level reached in the ¿Specific Instrumental¿ transversal competence. The results reveal that students have achieved a greater degree of autonomy in managing the software. Furthermore, the new evaluation system discriminates the mastery with greater rigor, in the past there were no intermediate marks, the capability was achieved or not. Additionally, all the practical sessions have been adapted to the sanitary situation following an online format. This adaptation to the COVID scenario has provided the opportunity to introduce changes in the lecturing material that will be maintained in the next courses.Authors gratefully acknowledge the financial support of the Vicerrectorado de Estudios, Calidad y Acreditación, the Vicerrectorado de Recursos Digitales y Documentación of the Universitat Politècnica de València (Project PIME B/19-20/165 and Project PIME C/20-21/201) and the Instituto de Ciencias de la Educación of the Universitat Politècnica de València (EICE INTEGRAL).Pedrosa, AM.; Lozano-Mínguez, E.; Besa Gonzálvez, AJ.; Vila Tortosa, MP.; Martinez-Sanchis, S.; Sánchez Orgaz, EM. (2021). Evaluation activities performance of the specific instrumental transversal competence in subjects of the mechanical engineering area. IATED Academy. 4347-4354. https://doi.org/10.21125/edulearn.2021.0915S4347435