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Evaluation of the Microlocal Wind Power Potential for the Operation of a University Wind Turbine

Abstract The research deals with the estimation of the available wind's potential on the building terrace, at the P -headquarter of the Universidad ECCI of Colombia, and from the results obtained consequently verify if the wind conditions are conducive to the operation of a wind micro-turbine, currently unused. The methodology is based on the wind speed estimation; applying the velocity potential ' s law to the records captured, between the 1st of January and the 24th of March, 2015, by the weather station of the National University of Colombia. Once the speed of the wind is estimated in the study area, a frequency velocity distribution is performed and the graphical method is applied to determine the scale and shape parameters that allow the characterization of the function of the Weibull distribution in the study area. Finally, based on the micro turbine's specifications, the power that could be usable is estimated and it is theoretically evaluated if the wind conditions are optimal for its operation. Although wind speed data were recorded in the study area, using the Universidad ECCI weather station, they were only used as a benchmark for the estimated velocities. The estimated values of the useful power and the wind power density for the wind micro-turbine, operating at a wind speed of 4.0m/s, which represents approximately the average value of the wind speed (obtained with the scale factor of the Weibull function), are respectively 41 W and 0.226 W/m2.

Resumen La investigación consiste en estimar el potencial eólico disponible en la terraza del edificio, sede P de la Universidad ECCI y verificar, a partir de los resultados obtenidos, sí las condiciones de viento son propicias para el funcionamiento de una micro-turbina eólica, actualmente inutilizada. La metodología se fundamenta en la estimación de velocidad de viento; aplicando la ley potencial a los registros de velocidades capturados, entre el 1 de enero y el 24 de marzo de 2015, por la estación meteorológica de la Universidad Nacional. Una vez estimada la velocidad de viento en la zona de estudio, se realiza una distribución de velocidades de frecuencia y se procede, aplicando el método gráfico, a determinar los parámetros de escala y de forma que permiten caracterizar la función de distribución de Weibull en la zona de estudio. Finalmente y a partir de algunas especificaciones de la micro-turbina, se estima su potencia útil y se evalúa, teóricamente, si las condiciones de viento son óptimas para su funcionamiento. Aunque se registraron datos de velocidad de viento en la zona de estudio empleando la estación meteorológica de la Universidad ECCI, únicamente fueron utilizados como patrón de comparación para las velocidades estimadas. Los valores estimados de la potencia útil y la densidad de potencia del viento, para la micro-turbina eólica, operando a un velocidad de viento de 4.0m/s, que representa aproximadamente el valor promedio de la velocidad de viento (obtenido con el factor de escala de la función de Weibull), son respectivamente 41 W y 0.226 W/m2.

Shielding Calculation for Nuclear Medicine Services

Abstract Nuclear medicine is a medical specialization that uses radioactive materials injected into the body to diagnose and treat human diseases. The use of different radionuclides and high amounts of radioactive materials makes it necessary for the facilities where these procedures are conducted to evaluate the corresponding shielding to comply with the design dose limits of a facility and avoid radiological accidents as recommended and accepted in international publications, like the International Commission on Radiological Protection (ICRP) and the National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP). This work compares two methods to calculate the shielding necessary to guarantee que las medicine service zones be safe from ionizing radiations. The first method consists in calculating the transmission factor B to find the thickness of the material necessary to protect the zone of interest, this factor is calculated by bearing in mind the occupancy factors, workloads, use factor, and the design objective dose limit. Upon obtaining the transmission factor B, half value layer (HVL) or tenth value layer (TVL) tables are used for each construction material, obtaining the thickness of the material. The other method is the calculation of is the calculation of rates of exposure through the air Kerma rate constant, then the XCOM databases are used, which were developed by the National Institute of Standards and Technology (NITS) to obtain the attenuation coefficient, used in the law of exponential attenuation; finally, the necessary thickness of the material is obtained to reach the design objective. Finally, the principal differences between both methods are shown and an analysis is performed of the shielding optimization, seeking to set criteria to make recommendations to nuclear medicine services on optimal shielding..

Resumen La medicina nuclear es una especialidad médica que utiliza materiales radioactivos inyectados en el cuerpo para diagnóstico y tratamiento de enfermedades humanas. El uso de diferentes radionúclidos y altas cantidades de materiales radiactivos hace necesario que las instalaciones donde se realicen estos procedimientos evalúen los blindajes correspondientes para cumplir los límites de dosis de diseño de una instalación evitando así accidentes radiológicos recomendados y aceptados en las publicaciones internacionales como el ICRP (International Commision on Radiological Protection) y el NCRP (National Council on Radiation Protection and Measurments). En este trabajo se comparan dos métodos para el cálculo de los blindajes necesarios para garantizar que las zonas del servicio de medicina sean seguras a las radiaciones ionizantes. El primer método consiste en calcular el factor de transmisión B para hallar el espesor del material necesario para proteger la zona de interés, este factor se calcula teniendo en cuenta los factores de ocupación, cargas de trabajo, factor de uso y el límite de dosis objetivo de diseño. Una vez obtenido el factor de transmisión B se usan las tablas de HVL (Half Value Layer) o TVL (Tenth Value Layer) para cada material de construcción obteniéndose el espesor del material. El otro método es el cálculo de las tasas de exposición por medio de la constante de la tasa de Kerma en Aire, luego se usan las bases de datos (XCOM) desarrolladas por NITS (National Institute of Standards and Technology) para obtener el coeficiente de atenuación que son utilizados en la ley exponencial de atenuación; finalmente, se obtiene el espesor de material necesario para alcanzar el objetivo de diseño. Finalmente, se muestran las principales diferencias entre los dos métodos y se hace un análisis de la optimización de los blindajes buscando tener criterios para hacer recomendaciones a los servicios de medicina nuclear sobre blindajes óptimos.

Comparison Between Fuzzy, Neuro-Fuzzy and Neural Network Models To Estimate the Expansion of Coffee Berry Borer in Colombian Coffee Crops

Abstract In this paper we carry out a comparison among different techniques applied to simulation and representation of the expansion of the coffee berry borer in the Colombian coffee crops. First, we make a brief description of techniques: neural networks, neuro-fuzzy and fuzzy logic. Then, the models implementation is described and finally, we shown the comparison among these models, highlighting performance of neural networks.

Resumen En este artículo se realiza la comparación entre diferentes técnicas aplicadas a la simulación y representación de la expansión de la broca del café en los cultivos de café Colombianos. En primer lugar, se hace una breve descripción de las técnicas empleadas las cuales son: redes neuronales, neuro-fuzzy y lógica difusa. A continuación, se describe la implementación de los modelos y finalmente, se muestra la comparación entre estos modelos, destacando el rendimiento de las redes neuronales.

Comparative Analysis between a Discrete Spiral Chamber and a Continuous Spiral Chamber via ANSYS

Abstract Hydraulic turbines have been elements of utmost importance to meet the energy needs of communities worldwide. These are used with elements that improve the flow behavior of water to the turbine so that its energy benefits are improved. Spiral chambers are circular elements where their cross-section is constantly changing and are used in reaction turbines, such as Francis turbines. Their main function is to distribute evenly the fluid into the impeller inlet. This paper sought to use engineering simulation tools (ANSYS - CFX) to compare behavior and performance from a discreet continuous spiral chamber in a virtual environment under the same physical operating conditions, providing a comparative view of the performance present between the two manufacturing methods of spiral chambers.

Resumen Las turbinas hidráulicas han sido un elemento de alta importancia para suplir las necesidades energéticas de las comunidades a nivel global, éstas son empleadas en conjunto con elementos que mejoren el comportamiento del flujo de agua hacia la turbina de tal manera que se mejoren las prestaciones energéticas de la misma. Las cámaras en espiral son elementos circulares dónde su sección transversal varía constantemente y son empleadas en turbinas de reacción, como las turbinas Francis, su función principal es distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete, éste trabajo busca emplear herramientas ingenieriles de simulación (Ansys - CFX) para generar una comparativa del comportamiento y prestaciones entre una cámara en espiral discreta y una continua, en un entorno virtual bajo las mismas condiciones físicas y de operación, aportando una vista comparativa al rendimiento que se puede presentar entre los dos métodos de fabricación de las cámaras en espiral.

Fuzzy Inference Systems Tuning with Optimization Algorithms for Solar Flares Classification

Abstract In this work we describe the implementation and analysis of different optimization algorithms used for finding the best set of parameters for a Fuzzy Inference System intended to classify solar flares. The parameters will be identified among a universe of possible solutions for the algorithms, and the system will be tested in the particular case of dealing with the aim of classifying the solar flares.

Resumen Se describe la implementación y análisis de diferentes algoritmos de optimización usados para encontrar el mejor conjunto de parámetros de un Sistema de Inferencia Difusa destinado a la clasificación de fulguraciones solares. Los parámetros serán identificados entre un universo de posibles soluciones para los algoritmos y el sistema será probado en el caso particular de tratar con el objetivo de clasificar las fulguraciones solares.

Acquisition of the Minor Planet Center code for the Astronomical Observatory of the Technological University of Pereira (W63)

Abstract In order to determine the orbits of minor bodies in the Solar System, and in this way foresee collisions with Earth, it is of fundamental importance to perform precise measurement of the relative positions of these objects. The Minor Planet Center (MPC) is a service of the International Astronomical Union (IAU) that receives and distributes the measurements made by observatories all around the world, and likewise uses this information to estimate the orbits of minor bodies. An observatory must firstly demonstrate the capacity to perform measurements with errors below one second of arc through the dutiful application of the MPC methodology before obtaining an international designation. We discuss the methodology implemented at the Astronomical Observatory of the Universidad Tecnológica de Pereira (OAUTP) to obtain the MPC code. In order to do so, we observed the asteroids 1568, 2235 and 713 during the days 6 and 9 of February of 2016 with a 0.4064 m MEADE LX200 GPS telescope, a SBIG ST-2000 XM camera and an f/6.3 focal reducer. The acquired data was sent with an average error of 0.194 arcsec and a standard deviation of σ = 0.037 arcsec, which granted to the OAUTP the designation W63 under the name Observatorio Astronomico UTP, Pereira. The MPC code obtained certifies the quality of the astrometric data acquired from the OAUTP, opening the gates to the development of observational programs of currently interesting objects, like very Near Earth objects (NEO).

Resumen Con el fin de establecer las órbitas de los cuerpos menores del Sistema Solar, y de esta manera anticipar colisiones contra la Tierra, es de fundamental importancia realizar una medición precisa de las posiciones relativas de estos objetos. El Minor Planet Center (MPC) es un servicio de la Unión Astronómica Internacional (IAU) que recibe y distribuye las mediciones realizadas por los observatorios de todo el mundo, utilizando esta información para estimar las órbitas de cuerpos menores del Sistema Solar. Para obtener una designación internacional, un observatorio debe demostrar en primer lugar la capacidad de realizar mediciones con errores por debajo de un segundo de arco a través de la aplicación precisa de la metodología establecida por el MPC. En este artículo se presenta la metodología implementada en el Observatorio Astronómico de la Universidad Tecnológica de Pereira (OAUTP) para obtener el código MPC W63. Para ello, se observaron los asteroides 1568, 2235 y 713 durante los días 6 y 9 de febrero de 2016 con un telescopio GPS MEADE LX200 de 0.4064 m, una cámara SBM ST-2000XM y un reductor focal f/6.3. Los datos obtenidos presentaron un error promedio de 0.194 arcsec y una desviación estándar de σ = 0.037 arcsec, gracias a lo cual el MPC otorgó al OAUTP la denominación W63 bajo el nombre de Observatorio Astronómico UTP, Pereira. El código MPC obtenido certifica la calidad de los datos astrométricos adquiridos desde el OAUTP, abriendo las puertas al desarrollo de programas de observación astrométrica de objetos de interés actual, como por ejemplo los objetos cercanos a la Tierra (NEO).

Effects of Incorporation of Additives in the Mechanical Properties of Films of Linear Low-Density Polyethylene

Abstract In this investigation the effect of the incorporation of additives in the mechanical properties of LLDPE films, made to be used as greenhouse covers, was analyzed. All films were fabricated by the method of extrusion blow. Two types of formulations are raised in order to determine the influence of the concentration of one additive and identify the existence of some synergy by combining active ingredients in the formulations. Modulus of elasticity, yield stress and tear resistance of the films were evaluated. The results indicate that variation in the concentration of an additive in the mixture does not generate significant changes in the physical-mechanical properties of the films. However, the incorporation of the UV light absorber and Smartlight photoselector in formulations favors their mechanical properties. Compared with the reference film, an increase higher than 200% in modulus of elasticity and yield stress of the films was determined.

Resumen En esta investigación, se analizó el efecto de la incorporación de aditivos en las propiedades mecánicas de películas de LLDPE formuladas para su uso como cubiertas de invernadero. Todas las películas fueron fabricadas por el método de extrusión-soplado. Se plantearon dos tipos de formulaciones con el fin de determinar la influencia de la concentración de un mismo aditivo e identificar la existencia de alguna sinergia al combinar ingredientes activos en las formulaciones. Se evaluaron el módulo de elasticidad, esfuerzo de fluencia y resistencia al rasgado de las películas. Los resultados indican que la variación en la concentración de un aditivo en la mezcla, no genera cambios significativos en las propiedades físicomecánicas de las películas. Sin embargo, la incorporación del absorbedor de luz UV y el fotoselector Smartlight en las formulaciones, favorece sus propiedades mecánicas. Se determinó un incremento superior al 200% en el módulo de elasticidad y esfuerzo de fluencia de las películas en comparación con la película de referencia.

Development of an Automation and Control System for Bovine Semen Freezing

Abstract The freezing of bovine semen (cryopreservation) consists in reducing the temperature of the sample until the point of biological stability. This freezing process is carried out by immersing the semen samples into liquid nitrogen (LN2). When a sample is submerged, it enters into a boiling regime due to the large difference in temperatures between the sample and the liquid nitrogen (LN2), causing evaporation and crystallization. Freezing curves for biological samples of bovine semen are rarely found in scientific literature; however, there are several rhythms of freezing that have been manually carried out and have achieved acceptable results. The main objective of this study is to design and implement an automated control system of freezing bovine semen that can follow or simulate the ideal freezing curves for optimal freezing after stabilization.

Resumen El congelamiento de semen bovino (criopreservanción) consiste en reducir la temperatura de las muestras seminales hasta el punto de estabilidad biológica. Este proceso de congelamiento se lleva acabo sumergiendo las muestras de semen en nitrógeno líquido (LN2). Cuando la muestra es sumergida, entra en un régimen de ebullición debido a la gran diferencia de temperatura entre la muestra y el nitrógeno líquido (LN2), causando evaporización y cristalización. Las curvas de congelamiento de muestras biológicas de semen bovino no son comunes en la literatura; sin embargo existen referencias que describen varios ritmos de congelamiento que se han realizado experimentalmente y han alcanzado resultados aceptables. El objetivo de este estudio es desarrollar un sistema automatizado de control para el congelamiento de semen bovino que pueda seguir o simular las curvas de congelamiento para una congelación optima después de la estabilización.

Technical Comparison of Alternatives for Voltage Sag Mitigation in Distribution Systems

Abstract In electrical systems the most critical disturbance is the interruption of the power service. However, the main concern for many commercial and industrial users is the mal-operation produced by voltage sags. This paper presents a study about the performance of a distribution system in presence of voltage sags using a distribution generation (DG) unit and a distribution static compensator (DSTATCOM). The analysis is performed by using a method for stochastic generation of disturbances and the ATP/EMTP software tool. Several case studies using the IEEE-13, bus test feeder taking to account different DG locations and penetration levels for DG unit are presented. In addition, the relation between the injected DSTATCOM reactive power, the type of sag and the location of affected nodes is considered. Simulations show that for IEEE-13 system the DSTATCOM is the best alternative for sags mitigation at a specific point in the system. However, the DG unit is an alternative that can be considered in larger distribution systems to reduce the effects of voltage sags.

Resumen En los sistemas eléctricos la perturbación más crítica que se presenta es la interrupción del servicio. Sin embargo, el principal problema para muchos clientes comerciales e industriales es la mala operación producida por los hundimientos de tensión (sags). Este artículo presenta un estudio sobre el desempeño de un sistema de distribución en presencia de sags usando una unidad de generación distribuida (DG) y un compensador estático de distribución (DSTATCOM). El análisis es llevado a cabo a partir de un método estocástico de generación de perturbaciones y el uso de la herramienta de simulación ATP/EMTP. Se presentan varios casos de estudio usando el sistema de distribución IEEE-13, teniendo en cuenta diferentes ubicaciones y niveles de penetración para la unidad DG. Adicionalmente, se considera la relación entre la potencia reactiva inyectada por el DSTATCOM, el tipo de sag y la ubicación del nodo afectado. Las simulaciones muestran que para el sistema IEEE-13 el DSTATCOM es la mejor alternativa para la mitigación de sags en un punto específico del sistema. Sin embargo, la unidad DG es una alternativa que puede ser considerada para reducir los efectos de sags en sistemas de distribución de gran tamaño.

Biomass Densification: A Review of the Current State-of-the-Art of the Pellet Market and Analysis of New Research Trends

Abstract The growing consumption of energy and the goals established in the COP21 to diminish greenhouse gases have been bases for the development of energy industries that use renewable sources. Biomass pellets have become interesting alternatives due to their physicochemical characteristics and advantages over traditional wood. This document sought to conduct a review of the behavior of the international market, emphasizing on the principal producer and consumer countries, prices of biofuel commercialization, as well as the different research trends related to this market. The European Union has become the principal market for biomass pellets with 94% growth in the last decade, sale prices around 200 and 250 €/t and an increasing need to import these biofuels. Research has focused mainly on four big areas, like pellet quality, new materials, market analysis, and combustion characteristics of the pellets. Understanding these research trends and knowing the existing market can permit the development of the currently inexistent Colombian industry for the use of this type of biofuel

Resumen El creciente consumo de energía y las metas establecidas en el COP21 para la disminución de gases de efecto invernadero han sido bases para el desarrollo de industrias energéticas que emplean fuentes renovables. Los pellets de biomasa se han convertido en alternativas interesantes debido a sus características fisicoquímicas y ventajas sobre la madera tradicional. El presente documento busca realizar una revisión al comportamiento del mercado internacional haciendo énfasis en los principales países productores y consumidores, los precios de comercialización del biocombustible, así como las diferentes tendencias en investigación relacionadas con este mercado. La Unión Europea se ha consolidado como el principal mercado para pellets de biomasa con un crecimiento del 94% en la última década, precios de venta alrededor de 200-250 €/t y una cada vez mayor necesidad de importar estos biocombustibles. Las investigaciones se han enfocado principalmente en cuatro grandes áreas como calidad de pellets, nuevos materiales, análisis de mercados y características de la combustión de pellets. Entender estas tendencias de investigación y conocer el mercado existente pueden permitir el desarrollo de la industria colombiana actualmente inexistente para el aprovechamiento de este tipo de biocombustible.

Comparison of Stress Concentration Curves for Different Geometries of Machine Elements Obtained via Simulation and Experimentation

Abstract The aim, herein, was to prove that the analysis of the stress concentration phenomenon with simulation methods provides results that fit those obtained experimentally, thus, corroborating that simulation is a powerful tool that minimizes costs and time in the construction of stress concentrator curves. The experimental curves of stress concentration factors available in the scientific literature can be recreated through simulations, achieving results with low errors. Due to this, geometries were selected with different shape ratios for study; these were developed in the DesingModeler® module of the ANSYS Workbench®, then meshed in the Mechanical® module, and three types of load were applied in their borders: axial force, flexing moment, and torsional moment; these were configured in the StaticStructural® module. After obtaining the maximum force and having calculated the nominal force, these were related by calculating the concentration factor to plot it against the geometric parameter modified during the virtual experimentation. In the end, these were compared with the experimental curves consulted. With the results obtained, it was concluded that it is possible to construct curves of stress concentration factor through simulations, with the same reliability as with conventional experimental methods, but at a lower cost.

Resumen El objetivo del presente estudio es comprobar que el análisis del fenómeno de concentración de esfuerzos con métodos de simulación proporciona resultados que se ajustan a los obtenidos vía experimental, corroborando así que la simulación es una herramienta poderosa, que minimiza costos y tiempo en la construcción de curvas de concentradores de esfuerzos. Las curvas de factor de concentración de esfuerzos experimentales disponibles en la literatura científica se pueden recrear por medio de simulaciones, logrando resultados con errores muy bajos. Por este motivo, se seleccionaron geometrías con diferentes relaciones de forma para el estudio, estas se desarrollaron en el módulo DesingModeler® del ANSYS Workbench®, después se realizó su mallado en el módulo Mechanical®, y se aplicaron tres tipos de carga en sus fronteras: fuerza axial, momento flexionante y momento torsionante, estas fueron configuradas en el módulo StaticStructural®. Después de obtener el esfuerzo máximo y haber calculado el esfuerzo nominal, fueron relacionados calculando el factor de concentración, para después graficarlo contra el parámetro geométrico que fue modificado durante la experimentación virtual. Al final, se compararon con las curvas experimentales consultadas. Con los resultados obtenidos se pudo concluir que es posible construir curvas de factor de concentración de esfuerzo por medio de simulaciones, con la misma confianza que se tiene en los métodos experimentales convencionales, pero a un menor costo.