Prospectiva

Exergetic assessment for technologies applied to non-conventional energy sources

Los principales esfuerzos para la evaluación de sistemas energéticos se han focalizado a tecnologías convencionales, especialmente para sistemas de conversión térmica; con metodologías ampliamente desarrolladas y resultados de interés para los investigadores del área y las comunidades consumidoras. Sin embargo, los sistemas emergentes de energía son especialmente obtenidos de sistemas no térmicos, aprovechando las Fuentes No Convencionales de Energía (FNCE) derivadas de recurso renovable con baja generación residual; es decir, se tiene una amplia metodología de evaluación energética pero no aplica a tecnologías que utilizan recursos renovables. En este trabajo, se muestra que hay un hilo conductor compatible para la evaluación de sistemas energéticos convencionales, los no convencionales e incluso híbridos. La metodología para evaluar sistemas térmicos parte de la exergía, propiedad energética que se produce de manera independiente al tipo de tecnología de conversión y el recurso energético primario; por lo tanto, fundamentalmente cabe la posibilidad de comparar mediante factores exergoeconómicos diferentes tipos de tecnologías de generación exergética. El resultado principal apuntó a la construcción de un factor teórico que permite involucrar y comparar simultáneamente sistemas energéticos independientemente al recurso requerido. Este factor plantea indicadores de madurez de la tecnología con base en información externa al sistema, aplicada en un mismo entorno para la evaluación.

The main efforts for the energetic systems assessment have been focused to conventional technologies, especially for thermal energy systems; with methodologies extensively developed and important results for researchers of this area and the consumer communities. However, emergent energy systems are especially obtained from no thermal systems, taking advantage of Energy Non-conventional Sources (ENCS) derived from renewable resource with low residual generation; that means, there's a huge energetic assessment methodology but it doesn't apply for technologies which use renewable resources. This research shows there's a main topic in the conventional energetic systems assessment, the nonconventional and even hybrid systems. The methodology for assessing thermal systems comes from the exergy, which is generated of an independent way to the kind of conversion technology and the primary energetic resource; therefore exergoeconomic factors can be compared through different kinds of exergetic generation technology. The main result aimed at construction of a theoretical factor which let to involve and compare simultaneously energetic systems independently to the required resource. This factor proposes maturity indicators of the technology based on external information to the system, applied in a same contour for the assessment.

Classification of coffee fruits based on ripeness and broca detection using image processing techniques

En el presente artículo se plantea el desarrollo de dos algoritmos de procesamiento de imágenes para la identificación del café idóneo para producción, uno de acuerdo al color de este (estado de maduración) y otro para detectar la plaga de la broca. El clasificador de color consta de varias etapas: una base de conocimiento que consta de un banco de imágenes de frutos de café maduro y verde, una etapa de preprocesado para limpiar impurezas y filtrar ruido en la imagen; prosigue la segmentación para extraer el objeto de interés. Luego se extraen las características de color de la imagen y por último el proceso de reconocimiento e interpretación, el cual consta de una red neuronal artificial que clasifica los frutos en maduros o verdes. Por otra parte, el algoritmo de detección de broca fue desarrollado mediante un criterio de binarización, esto para buscar las zonas negras en la imagen, como el orificio dejado por esta plaga sobre el fruto de café. El clasificador por redes neuronales propuesto tuvo una efectividad de 97% al detectar los estados de madurez de los frutos de café, demostrando así que las técnicas de visión artificial para el control de calidad en los frutos de café son un método viable y poco invasivo.

In the present article is proposed the development of two algorithms, one to determine if a coffee fruit is proper for production based on its color (ripeness) and the other one to detect the presence of the "broca" plague. The color classifier consists of several stages: a knowledge database, which has a bank of coffee-fruits images in ripe and unripe state; a stage of pre-processing to clean up noise in the image; next, the segmentation process to extract the object of study, then follows the color-characteristics extraction process. Finally, the classifier, which consists of an artificial neural network where fruits are classified ripe or unripe. On the other hand, the broca detection algorithm was developed by means of binarization, in order to search for dark zones in the image, as it is the aperture made by the broca on the coffee. The artificial neural network proposed had an effectiveness of 97% at detecting the ripe state of the coffee fruits, therefore demonstrating the viability and the minimal invasion of the method proposed for the quality control of coffee fruits.

Method of chloride dissemination profiles for corrosion estimate in marine environments

El presente trabajo muestra un procedimiento experimental desarrollado durante 510 días, para lo cual se contó con 4 probetas cilindricas de dos marcas diferentesde cemento y a dos relaciones de agua-cemento, donde se utilizó el método químico de perfil de cloruros para determinar la corrosión; para ello se determinó la concentración de iones cloruros totales y solubles a partir de las normas ASTM-114 y ASTM C-1218 graficando el porcentaje de cloruros vs distancia radial para calcular el contenido crítico de cloruros y determinar el grado de corrosión en las probetas de hormigón . Para los diferentes tiempos de inmersión de las probetas(180, 360 y 510 días) se encontró que la migración de cloruros tiene una dependencia con la resistencia del concreto.

This paper presents an experimental procedure carried out in 510 days, for thisfour cylindrical specimens were made of two different brands of concrete and two water-cement ratio, we used the chemical method of chloride profile to determine corrosion;therefore, the concentration of total and solvable chloride ions was determined according to the ASTM-114 and ASTM C-1218 rules, plotting chloride percentages vs. radial distance to calculate the critical content of chloride and determine the degree of corrosion in the specimens. For different immersion times of the specimens (180, 360 and 510 days), it was found that the migration of chlorides has a dependency on the strength of the concrete.

Modelling and simulation of LQR and LFSV controllers in the Magnetic Levitation System (MLS)

In this article a control analysis in state variables is presented, applied to the nonlinear Magnetic Levitation System (MLS), which consists in keeping objects suspended in the air without any mechanical contact through the interaction of magnetic force. The design of Linear Quadratic Regulator (LQR) and Linear Feedback in State Variables (LFSV) controllers is implemented with the aim of comparing the results which guarantee a better stability performance in the system. The mathematical representation of the nonlinear and linearized model of the MLS plant is examined through the design of algorithms and simulation in Simulink-Matlad. In this way, the behavior of the system when there are perturbations and input changes is contrasted, with the priority of exerting a low control action as parameter of the system to be optimized.

En este artículo se presenta un análisis de control de variables de estado, aplicada al Sistema no Lineal de Levitación Magnética (SLM), que consiste en mantener objetos suspendidos en el aire sin ningún tipo de contacto mecánico, a través de la interacción de la fuerza magnética. El diseño de los controladores Regulador Lineal Cuadrático, por sus siglas en inglés (LQR) y la Realimentación Lineal en Variables de Estado (RLVE), permiten modelar y simular la dinámica de control, con el objetivo de comparar los resultados que garantizan un mejor funcionamiento de la estabilidad en el sistema. La representación matemática del modelo no lineal y linealizado de la planta SLM se examina mediante el diseño de algoritmos y simulación en Simulink-Matlad. De esta manera, se contrasta el comportamiento del sistema ante perturbaciones y cambios en las variables de entrada, con la prioridad de ejercer una mínima acción de control como parámetro del sistema a optimizar.

Modeling and simulation of a catalytic reactor for the oxidation of SO₂ to SO₃, using V₂O₅ as catalyst

El H2SO4 es uno de los productos químicos de mayor importancia en la industria. Actualmente el H2SO4 se produce mediante el proceso de doble contacto, en donde el SO3 precursor del H2SO4 se forma a partir de la oxidación del SO2 en un reactor catalítico de lecho empacado, utilizando V2O5 como catalizador. Durante el proceso una pequeña cantidad de SO2 se emite a la atmósfera. El modelamiento del reactor catalítico se realizó desde el punto de vista cinético y termodinámico. Además, un programa de simulación en MATLAB® se creó para estudiar el comportamiento del reactor en términos de conversión, temperatura y caída de presión, y realizar evaluaciones del cumplimiento ambiental de emisiones de SO2. El modelo se validó comparando los resultados con datos reales. Posteriormente, se evaluaron dos hipótesis empleando simulaciones en Solid Works®, Aspen HYSYS® y herramientas estadísticas para determinar las causas de las desviaciones, y se realizó un ajuste en el modelo. Los resultados muestran que la distribución de los errores es normal, con una media cercana al 0% con una desviación del 4%, causado posiblemente a errores originados en la medición del SO2 a la entrada del reactor y a la variabilidad inherente al proceso.

The H2SO4 is one of the chemicals of greatest importance in the industry. Currently H2SO4 is produced by the double contact process, where, the Sulfuric acid precursor SO3 is formed from the SO2 oxidation in a catalytic packed bed reactor, using V2O5 as catalyst. During the process, a small amount of SO2 is emitted to the atmosphere. The modeling of the catalytic reactor, where this process is carried out, is made considering the kinetic and thermodynamic perspective. In addition, a simulation program in MATLAB® is created that allows the study of the behavior of the reactor in terms of conversion, temperature and pressure drop, and makes assessments of the environmental compliance of SO2 emissions as well. The model was validated by comparing results of simulation with real data. Two hypotheses were evaluated using simulations in SolidWorks®, Aspen HYSYS® and statistical tools to determine the causes of the deviations, and an adjustment on the model was made. The results show a normal distribution of the errors, with an average close to 0% with a deviation of 4%, produced possibly because of errors in the SO2 measurement in the inlet of the reactor and the variability inherent to the process.

Quality improvement of a casting process using design of experiments

In order to minimize the castings which do not meet the customer acceptance specifications, it is not only necessary to identify the process parameters related to the specific defects, but also it is necessary to identify the levels of these parameters to produce acceptable castings. This research study, was aimed to optimize the production of grey cast pump impellent castings using Response Surface Methodology (RSM) approach in a foundry producing grey cast iron components. Process factors like clay percentage, moisture percentage and mold hardness were found to be dominant factors for production process control. Three different levels of each factor were considered for experimentation. Statgraphics Centurion Statistical Software was used to analyze and optimize process parameters for further confirmatory experiments. Significant parameters were identified by means of an Analysis of Variance (ANOVA) test. Parameter optimal settings obtained, and validated from confirmatory experiments, produced a high per cent of defect free pump impeller castings. The research concluded that careful adjustment of process dominance parameters is necessary, since they have significant effects on quality improvement of castings produced.

Para minimizar la cantidad de piezas fundidas que no cumplen las especificaciones de los clientes, es necesario no sólo identificar los parámetros relacionados con los defectos específicos, sino también identificar los niveles de estos parámetros para elaborar piezas aceptables. Este estudio de investigación, fue orientado a optimizar la producción de impelentes de bombas, utilizando la Metodología de Superficies de Respuesta (RSM) en una empresa productora de componentes de fundición gris. Factores tales como los porcentajes arcilla y de humedad, así como la dureza del molde resultaron predominantes para el control del proceso de producción. Tres niveles diferentes de cada factor fueron considerados para la experimentación. El paquete de Software Estadístico Statgraphics Centurion fue utilizado para analizar y optimizar los parámetros del proceso, cuyos valores fueron ajustados mediante experimentos de confirmación . Los parámetros más importantes fueron identificados por medio del Análisis de Varianza (ANOVA). La configuración óptima de los parámetros del proceso, validada por las corridas experimentales confirmatorias, produjo un elevado porcentaje de impelentes no defectuosos. Esto permitió concluir que es necesario el ajuste cuidadoso de los parámetros de predominio del proceso, porque estos tienen efectos significativos en el mejoramiento de la calidad de las piezas producidas.

Study of FAMEs dilution for avoiding the contamination of Jet-Fuel and biodiesel in a latinamerican pipeline

La utilización de biocombustibles producidos a partir de aceites naturales provenientes de plantas y animales es ventajosa desde el punto de vista ambiental debido a que al ser mezclados con combustibles de origen fósil, disminuyen en proporciones considerables los porcentajes de azufre emitidos a la atmosfera producto de su combustión. Sin embargo, por razones operativas, en algunos países latinoamericanos se utiliza la misma infraestructura para el transporte de biodiesel y Jet-Fuel, lo cual produce contaminación de este último, afectado la calidad, las propiedades del turbo combustible y alterando variables críticas de operación de los aviones en que se utiliza el Jet-Fuel como el punto de congelación. En este estudio, se presenta el desarrollo de una metodología para eliminar la contaminación de Jet-Fuel y biodiesel en el transporte por poliducto con miras a minimizar la presencia de componentes indeseados en el producto final, el análisis de la concentración de biodiesel en el turbocombustible se realizó mediante cromatografía de gases para varias purgas en el sistema. La aplicación de la metodología mostró factibilidad en la dilución de mezclas biodiesel-turbocombustible en poliducto por medio de un barrido y se pudo concluir que el flujo óptimo de dilución para obtener un turbocombustible con especificaciones requeridas es de 800 barriles con un intervalo permisible de operación entre 600 y 1200 barriles de Jet-Fuel.

The use of biofuels produced from natural oils is advantageous from the environmental point of view because when they are mixed with fossil fuels, percentage of sulfur emitted to the atmosphere by fuel combustion is diminished. However, for operational reasons, in some Latin American countries the same infrastructure is used to transport biodiesel and Jet-fuel, resulting in contamination of both fuels affecting the quality, performance for the case of Jet-Fuel and altering critical operating variables of its use in aircrafts as freezing point. In this study, the development of a methodology for avoiding contamination of Jet-Fuel and biodiesel in the transport by pipeline in order to minimize the presence of unwanted components in the final product, the analysis of the concentration of biodiesel in jet fuel occurs was performed by gas chromatography for several purges of the system. The application of the methodology showed the feasibility of the dilution of biodiesel-Jet Fuel mixtures through a pipeline and it could be concluded that the optimum dilution flow was 800 barrels with a confidence operation interval between 600 to 1200 barrels of Jet-Fuel.

Interactive electronic energy meter for residential use

En este artículo se presenta el desarrollo de un medidor electrónico interactivo de energía eléctrica para uso residencial, que brinda al usuario final la posibilidad de conocer el comportamiento del consumo de energía en su domicilio. El equipo construido involucra al circuito integrado ADE7753 de Analog Devices como módulo central para la medición electrónica del consumo de energía, así como al microcontrolador PIC18F2550 de Microchip para la configuración y calibración del ADE7753 y el control y procesamiento de los datos. El sistema cuenta con un visualizador y una interfaz gráfica de usuario que a través de comunicación USB permite controlar el tiempo de los períodos de facturación, llevar el respaldo de la información procesada, visualizar el consumo actual en tiempo real, generar un histórico del consumo, y calcular el costo aproximado de la energía activa registrada. Con el fin de validar el comportamiento del sistema, se realizaron pruebas de campo y laboratorio para diferentes cargas y tiempos de medición, y utilizando como equipo patrón un medidor de energía eléctrica calibrado previamente por INELCA S.A, obteniéndose un error porcentual promedio de 0.09940% en la energía medida.

This paper presents the development of an electronic energy meter for residential use; that gives the end user the ability to understand the behavior of energy consumption at home. The built system involves the integrated circuit ADE7753 from Analog Devices as a central module for electronic measurement of energy consumption, and the Microchip PIC18F2550 microcontroller for configuration and calibration of ADE7753 and control and data processing circuit. The system has a display and a graphical user interface via USB communication allows control time billing periods, carry the backing of the processed information, display the current consumption in real time, generate a historical consumption and calculate the approximate cost of the active energy recorded. To validate system performance, field and laboratory testing for different loads and times of measurement is executed, and used as standard equipment electricity meter previously calibrated by INELCA SA, yielding an average percentage error of 0.09940% in the measured energy.

Mechatronics design of an arduino Shield for controlling brushed DC motors

Los motores DC con escobillas son motores de bajo costo comúnmente empleado en diversas aplicaciones donde se requiere de control de movimiento, destacándose entre ellas la Robótica por los requisitos de servo control en posición, velocidad y corriente. Si bien en el mercado existen diversas soluciones para controlar motores DC con escobillas, la propuesta desarrollada está dirigida específicamente al campo académico de la docencia e investigación en Robótica, donde los requisitos usuales son una tarjeta de bajo costo, sencilla de usar, y que permita el control de posición y corriente. La solución planteada es acorde con esos requisitos. El diseño se basó en Arduino por sus características de solución abierta y de bajo costo. Los controles desarrollados son PID en posición y corriente. El control de posición permite desarrollar aplicaciones Robóticas basadas en la cinemática inversa de robots, mientras que el control de corriente permite realizar prácticas de leyes de control basados en la dinámica de los robots. En el artículo se describe el proceso de diseño y construcción del primer prototipo del controlador, así como el desarrollo del software, tanto para Arduino como para MATLAB, el cual se emplea para obtener los resultados experimentales de los controladores PID.

Brushed DC motors are inexpensive motors commonly used in diverse applications where it is required motion control. Robotics stand out among them due to its requirements in servo control of position, speed and current. Although there are several solutions for controlling brushed DC motors on the market, the proposal is specific to the academic field of teaching and research in robotics, where the usual requirements are an inexpensive, and simple to use, card which allows position and current control. The proposed solution is in line with these requirements. The design was based on Arduino for its characteristics of open and inexpensive solution. The developed PID controller are for position and current. Position control allows developing robotic applications based on inverse kinematics, while the current controller allows control practices based on the robot dynamics. In the article the process of design and assembly of the first prototype is covered. It also cover the development of software for both Arduino and MATLAB, which is used to plot and analyze the experimental results of the PID controllers.

Design and simulation of a discrete time controller for regulating temperature in a scale greenhouse

Este documento describe el proceso de diseño de un controlador de temperatura trabajando en tiempo discreto para mantener el interior de un invernadero protegido del efecto destructivo de las heladas climáticas nocturnas. Como variables manipuladas no simultáneamente se utilizaron: la potencia térmica específica y la velocidad del flujo de aire a temperatura mayor que el exterior. Primero se formuló un modelo dinámico deducido analíticamente y que involucrara a las variables de entrada mencionadas junto con la temperatura interna del invernadero como variable de salida. El procedimiento de validación se basó en la respuesta paso del sistema ante una entrada de potencia térmica y en el comportamiento en estado estable. Un diseño factorial se ejecutó para determinar parámetros restantes generados por la inclusión de la variable velocidad de flujo entrante. Tal resultado fue el punto de partida para simular pruebas de evaluación del desempeño del controlador obtenido ante escenarios donde la temperatura externa al invernadero se configuró para representar dos situaciones: temperatura ambiente exterior en el punto de congelación y comportamiento de la temperatura durante el transcurso de una noche de helada climática por radiación. Tales situaciones simuladas mostraron que el controlador mantenía el sistema sin riesgo de daños por congelación.

This paper describes the design process of a temperature controller working in discrete time to keep the inside greenhouse against destructive effect of climate night freeze. Specific heat capacity and speed of airflow at a greater temperature than the outside one were used as manipulated variables not simultaneously. First, a dynamic model was analytically deduced involving mentioned input variables along with the temperature inside the greenhouse as the output variable. The validation procedure was based on the input thermal power step response of the system and thermal behavior in steady state. A factorial design was implemented to determine other parameters generated by the inclusion of the inflow speed variable. This result was the starting point for simulating assessment tests of performance controller obtained in scenarios where the outside temperature in the greenhouse was configured to represent two situations: outside environmental temperature at the freezing point and temperature behavior during the course of a climate night freeze by radiation. Such simulated situations showed that the controller kept the system without risk of frost damage.

Drying of tabasco pepper (Capsicum frutescens) using air-forced dehydration

Dentro de las condiciones para desarrollar el proceso de secado con aire caliente por convección forzada, se destacan por su importancia, la temperatura y la velocidad de flujo de aire, debido a su influencia en la velocidad de secado y el tiempo del proceso, al igual que en las características organolépticas del producto final. En este trabajo se determinaron temperatura y velocidad de flujo de aire óptima para deshidratar el ají tabasco (Capsicum frutescens). De esta forma una muestra de pasta del ají se sometió a secado a temperaturas de 40, 45, 50, 55, 60, 65 y 70 °C. Teniendo en cuenta las características del ají al final de secado y la forma como transcurrió el proceso, se eligió la más apropiada. Para el caso del flujo de aire, se realizó el secado, con la temperatura determinada anteriormente, pero graduando el voltaje del ventilador para obtener diferentes velocidades de flujo de aire y al realizar el respectivo análisis en cada lote determinar la más adecuada.

Among the conditions for developing the process of hot air drying by forced convection, temperature and velocity of air flow are important due to its influence on the drying speed, processing time, and the organoleptic characteristics of the final product. In this research, the drying conditions for the dehydration of tabasco pepper (Capsicum frutescens), were analyzed to determine optimal temperature and flow rate of air. In this way, samples of pepper in slurry were subjected to drying at temperatures of 40, 45, 50, 55, 60, 65 and 70 °C, and taking into account the characteristics of the pepper at the end of drying and the performance of the process, the most appropriate conditions were chosen. In the case of the air flow, the drying was performed using the previously determined temperature that was held constant during drying, but graduating fan voltage to obtain different air flow rates and find the most suitable.

Precordial signal detection system by seismocardiography

El presente trabajo muestra el desarrollo de un sistema basado en acelerometría, para la captación y análisis en Matlab, de señales precordiales usando sismocardiografía (SCG). La SCG es un método eficaz para captar las señales en el área precordial de forma no invasiva. El proyecto se dividió en tres fases: la primera tuvo de objeto la selección del acelerómetro, la tarjeta de adquisición de datos (DAQ) y la interfaz de comunicación entre el acelerómetro y el DAQ; la fase 2 incluye la digitalización de la señal, y por último la tercera fase llevó a cabo el tratamiento digital de la señal SCG para su correcta visualización además de la detección los eventos cardíacos. Se tomaron las vibraciones precordiales usando un sensor inercial (acelerómetro) con un rango de medición de ± 1.5 g, luego se digitalizó la señal análoga por medio del DAQ (Arduino Uno) para ser enviada al entorno de Matlab, encargado de procesar con filtros digitales pasa banda, eliminación de picos, smoothing (suavizado) y eliminación de tendencias no lineales. De las pruebas realizadas, el sismocardiógrafo como dispositivo biomédico para medir la actividad cardíaca, se presenta como una gran opción en la detección de anomalías de forma prematura, como también en la ayuda de terapias de resincronización cardíaca, problemas coronarios y afecciones crónicas del corazón, entre otros. En las mediciones de prueba se demostró la capacidad del sistema para identificar información cardiovascular correspondiente a 9 eventos cardíacos.

This paper presents the development of an accelerometer based system that captures and analyzes Matlab cardiac signals using Seismocardiography (SCG). SCG is an effective non-invasive method of signaling detection in the chest. The project was divided into three phases; the first one was the selection of an accelerometer, data acquisition system (DAQ) and the communication interface. The second one included the digitalization of the biosignal, and finally, the third phase taking place on the SCG digital processing (DSP) for detection of cardiac events. Precordial vibrations were taken using an inertial sensor with a measuring range of ± 1.5g, we continued to digitize the analog signal through the DAQ and the next sent to the Matlab environment for processing with digital filters, bandpass, peak reduction, smoothing and elimination of non-linear trends. In the tests, the SCG system functions as biomedical device that measures the heart's activity and it is presented as a great option for the detection of early abnormalities, as well as helping in resynchronization therapies and chronic heart problems. The test measurements show the capacity to identify nine different cardiac events.