Ingeniería

Revista Ingeniería en Procesos Continuos de Actualización y Mejora

Metodología SLP para la Distribución en Planta de Empresas Productoras de Guadua Laminada Encolada (GLG)

Resumen Contexto: La Guadua angustifolia Kunth es una planta derivada del bambú. Es un pasto leñoso que ha sido denominado el acero vegetal gracias a las propiedades de flexibilidad, dureza y elasticidad que permite su uso a nivel industrial como un insumo para fabricar tablones de guadua laminada (glued laminated guadua), los cuales pueden ser usados para fabricar vigas y otros elementos estructurales requeridos por la arquitectura. Método: En este caso se documentó un diseño de distribución en planta mediante la metodología SLP (por sus siglas en inglés de Systematic Layout Planning), tomando como caso de estudio la empresa Guadua Viga, donde se caracterizaron y se analizaron los procesos de la empresa, se definieron los requerimientos iniciales y se realizó el diseño de la distribución en planta. Por último, se evaluó la propuesta en términos de costos. Resultados: Se plantearon tres propuestas de distribución en planta de acuerdo con las necesidades de la empresa y del proceso de producción de tableros de guadua laminada. Además, se evaluaron las alternativas en términos de eficiencias. Conclusiones: La alternativa que fue propuesta requiere de 4.148 m2, cuenta con una eficiencia de 89% respecto al flujo de materiales y un 62% de eficiencia respecto al flujo de materiales y adyacencia.

Abstract Context: The guadua Angustifolia Kunth is a plant derived from bamboo, it is a woody grass that has been identified as vegetable steel, thanks to its properties of flexibility, hardness and elasticity that allows its use at an industrial level as an input for manufacturing planks which are made of laminated guadua (Guadua laminated with glue) that can be used to manufacture beams and other structural elements required by architecture. Method: In this case, the plant distribution design document was used using the SLP (systematic design planning) methodology, taking the company Guadua Viga as a case of study, where the company processes are characterized and analyzed, the initial requirements were defined and the design of the distribution in the plant was carried out, finally the proposals were evaluated in terms of costs Results: 3 distribution proposals were made according to the needs of the company and the production process of laminated guadua boards and the alternatives were evaluated in terms of efficiencies. Conclusions: The alternative that was proposed requires 4.148 m2, has an efficiency of 89% regarding the flow of materials, 62% efficiency regarding the flow of materials and adjacency.

Un Problema de Enrutamiento del Vehículo con Enfoque de Ventanas de Tiempo Para Mejorar el Proceso de Entregas

Resumen Contexto: Este artículo plantea resolver el problema de represamiento de entregas identificado en 2018 en una empresa dedicada al servicio de entregas de paquetes y mercancías, localizada en el Valle del Cauca, Colombia, a partir de la optimización del proceso logístico que permita reducir los tiempos del proceso de entregas a los clientes y evitar pérdidas para la empresa. Esto significa generar rutas adecuadas, según el problema clásico denominado problema de enrutamiento del vehículo (VRP, por sus siglas en inglés). Método: Se analiza la información de más de 200 clientes para su realización. Se combinaron herramientas de calidad tales como el análisis de Pareto y el enfoque de procesos con técnicas de optimización basadas en el método Clarke-Wright y el uso de ventanas de tiempo por medio del programa VRP Solver 3.0. Resultados: Con el diseño de las rutas propuesto para atender las entregas de una de las zonas de mayor demanda en la empresa (zona centro), los resultados de la simulación arrojaron un aumento en el nivel de servicio del 60 %, dado el uso del vehículo para la distribución en una jornada laboral completa y no solo en media jornada. Se evidencia que el aumento en los clientes atendidos genera ingresos adicionales suficientes para cubrir los costos de usar el vehículo una jornada más, con utilidades para la empresa. Asimismo, la capacidad de entrega en Tm se aumenta en un 39 %. De este modo, se elimina la mercancía represada. Conclusiones: Con el uso de ventanas de tiempo, se propone un método para la programación de rutas mediante la aplicación de la herramienta VRP Solver 3.0, consecuente con la operación del día a día en operadores logísticos como el caso estudiado. Igualmente, este artículo constituye una manera de acercar los conocimientos teóricos de la academia a la gestión eficiente del servicio en las Pymes. Así, empresas, como la del caso presentado pueden mejorar aún más su nivel de servicio con tecnologías apropiadas para el tratamiento y control de la información de los clientes, con miras a la planificación de las entregas.

Abstract Context: This paper proposes to solve the problem of accumulated deliveries, identified in 2018, in a company dedicated to the service of deliveries of packages and merchandise, located in Valle del Cauca,Colombia, based on the optimization of the logistics process that allows reducing delivery times to customers and avoiding wastages for the company. This means generating appropriate routes, according to the classic problem called Vehicle Routing Problem (VRP). Method: The information of more than 200 clients is analyzed for its realization. Quality tools, such as Pareto analysis and process approach, were combined with optimization techniques based on the Clarke-Wright method and the use of time windows through the VRP Solver 3.0 program. Results: With the design of the routes proposed to meet the deliveries of one of the areas with the highest demand in the company (Central Zone), the results of the simulation showed an increase in the service level of 60 %, given the use of the vehicle to the distribution in a complete working day and not only in half day of work. It is evident that the increase in customers served generates additional income, sufficient to cover the costs of using the vehicle half working day more, with profits for the company. Likewise, the delivery capacity, in Tm, is increased by 39 %. So the accumulated merchandise by delivery is eliminated. Conclusions: With the use of time windows, a method for route programming is proposed by applying the VRP Solver 3.0 tool, more consistent with the daily operation of logistics operators as the case studied. Likewise, this article constitutes a way of bringing the theoretical knowledge of the academy to the efficient management of the service in SMEs. Thus, companies like the case presented, can further improve their service level with appropriate technologies for the processing and control of customer information, with the purpose to planning the deliveries.

Algoritmo de Encriptación para Imágenes a Color Basado en Sistemas Caóticos

Resumen Contexto: Aprovechando los fundamentos de la teoría de sistemas dinámicos no lineales, se propone un modelo de encriptación para imágenes a color basado en sistemas caóticos que satisface estándares de seguridad acordes con los desafíos a que se enfrenta la sociedad. Método: Se propone un algoritmo simétrico utilizando el sistema caótico Cat de Arnold para la permutación y para la difusión el sistema hipercaótico de Chen o el sistema hipercaótico de Lorenz. En la implementación se utiliza programación paralela para reducir los tiempos de ejecución. Resultados: e aplican métricas de desempeño para evaluar la seguridad del modelo criptográfico propuesto. Se encuentra que los indicadores obtenidos se enmarcan dentro de los publicados en artículos recientes que abordan el problema de la seguridad a través del caos. Conclusiones: Los resultados obtenidos permiten confirmar que el uso de la teoría del caos, como herramienta para el fortalecimiento de los esquemas de seguridad en comunicaciones, es una buena alternativa, particularmente cuando se hace referencia a la transferencia de imágenes.

Abstract Context: Taking advantage of the foundations of the theory of non-linear dynamic systems, we propose an encryption model for color images based on chaotic systems, which satisfies security standards in accordance with the challenges faced by society. Method: A symmetrical algorithm is proposed using Arnold’s chaotic Cat system for permutation and for diffusion Chen’s hyperchaotic system or Lorenz’s hyperchaotic system, a parallel programming in implementation is used to reduce execution times. Results: Performance metrics are applied to evaluate the security of the proposed cryptographic model, finding that the indicators obtained are framed within those published in recent articles that address the problem of security through chaos. Conclusions: The results obtained confirm that the use of chaos theory as a tool for strengthening security schemes in communications is a good alternative, particularly when referring to image transfer.

Evaluación del Apantallamiento Electromagnético del Concreto a Partir de Simulaciones en Alta Frecuencia y la Aplicación del Modelo de Jonscher

Resumen Contexto: Este artículo analiza la efectividad de apantallamiento electromagnético de varias estructuras de concreto en función de la variación del grosor y el contenido o nivel de humedad (NH) para un rango de frecuencias definido. Método: El estudio se fundamenta en la implementación de simulaciones en dos dimensiones (2D), a través del uso de un software basado en el método de elementos finitos (FEM) y se desarrolló a partir de un conjunto de valores obtenidos de la aplicación de modelos matemáticos para medios dieléctricos. Inicialmente, se caracterizan las propiedades eléctricas complejas de las estructuras (permitividad dieléctrica y conductividad) aplicando el modelo matemático de Jonscher de tres variables. Posteriormente, se evalúan dichas propiedades sobre diferentes estructuras de concreto para un rango de frecuencias determinado. Resultados: Se observó que el blindaje electromagnético ofrecido por el concreto aumenta cuando se incrementa el NH y el grosor de las estructuras. Adicionalmente, las pruebas evidencian que las pérdidas de energía por absorción son mayores en comparación con los demás tipos de pérdidas analizadas en el estudio. Conclusiones: Luego de la investigación se puede afirmar que modelo electromagnético de Jonscher ofrece una buena respuesta al ser aplicado a las propiedades eléctricas complejas del concreto en un rango de frecuencia desde 250 MHz hasta 700 MHz. Asimismo, al variar el grosor y el NH en las estructuras analizadas, se evidenció un aumento en la efectividad de apantallamiento electromagnético total. Debido a que el concreto es un medio dieléctrico imperfecto, las pérdidas de energía por reflexión son bajas comparadas con las pérdidas de absorción y de múltiples reflexiones. Aun así, este material estructural puede ser usado como apantallamiento natural contra perturbaciones electromagnéticas radiadas en la banda de UHF (por sus siglas en inglés de Ultra High Frequency).

Abstract Context: This paper analyzes the effectiveness of electromagnetic shielding of several concrete structures based on the variation of the thickness and the content or level of humidity (NH) for a defined frequency range. Method: The study is based on the implementation of simulations in two dimensions (2D) using a software based on the finite element method (FEM) and it was developed from a set of values obtained from the application of mathematical models for dielectric media. Initially, the complex electrical properties of the structures (dielectric permittivity and conductivity) are characterized by applying the Jonscher’s mathematical model of three variables. Subsequently, these properties are evaluated with different concrete structures for a specific frequency range. Results: It is observed that the electromagnetic shielding offered by the concrete increases when the NH and the thickness of the structures are increased. Additionally, the evidences show that energy losses due to absorption are greater compared to the other types of losses analyzed in the study. Conclusions: After the investigation, it can be affirmed that the Jonscher electromagnetic model offers a good response when it is applied to the complex electrical properties of concrete in a frequency range from 250 MHz up to 700 MHz. Also, by varying the thickness and the humidity level in the structures analyzed, an increase in the effectiveness of the total electromagnetic shielding was evidenced. Because concrete is an imperfect dielectric medium, energy losses by reflection are low compared to absorption losses and losses due to multiple reflections. However, this structural material can be used as a natural shield against radiated electromagnetic disturbances in the UHF band.

Estudio Comparativo de Tres Estrategias de Control para la Regulación de Frecuencia de una Micro Red en Operación Aislada

Resumen Contexto: La reducción de combustibles fósiles, la necesidad de disminuir las emisiones de dióxido de carbono (CO2) en el planeta y el interés por garantizar una seguridad energética ha incrementado la investigación en la producción de energía eléctrica utilizando fuentes de energías renovables incorporadas a microrredes o MG (por sus siglas en inglés de microgrids). Este panorama presenta desafíos técnicos que deben ser cubiertos para garantizar niveles de confiabilidad adecuados. Método: Este estudio compara tres estrategias de control basadas en el control predictivo del modelo o MPC (por sus siglas en inglés de model predictive control), el control óptimo LQ-Servo (por sus siglas en inglés de linear quadratic servo) y el control proporcional integral o PI, con el objetivo de regular la frecuencia frente a incertidumbres en la carga y perturbaciones ambientales, considerando un modelo lineal aislado de microrred que incluye generadores convencionales y renovables, dispositivos de almacenamiento de energía y cargas. Resultados: Las simulaciones de la MG en operación aislada, en presencia de perturbaciones de viento, carga y potencia solar, muestran un mejor desempeño bajo diferentes escenarios de los controladores MPC y LQ-Servo con respecto a las características dinámicas que presenta la desviación de frecuencia y la señal de control. Conclusiones: La estrategia de control óptimo LQ-Servo, poco investigada en MG, se presenta como una opción viable a considerar en el diseño de controladores secundarios de MG en operación aislada, debido a las características de desempeño mostradas en la regulación de frecuencia. Consideración de modelos que incluyan restricciones en las variables de control y en los estados de la MG, así como la implementación de los mismos, quedan como trabajo futuro.

Abstract Context: The reduction of fossil fuels, the need to reduce emissions of carbon dioxide (CO2) on the planet and the interest in guaranteeing energy security have increased research in production of electrical energy using renewable energy sources incorporated into microgrids (MGs). This scenario presents technical challenges that must be covered to guarantee adequate levels of reliability. Method: This study compares three control strategies based on the predictive control of the model or MPC (Model Predictive Control), the optimal control LQ-Servo (Linear Quadratic Servo) and the control integral proportional or PI, with the aim of regulating the frequency against uncertainties in the load and environmental disturbances, considering an isolated linear microgrid model, which includes conventional and renewable generators, energy and load storage devices. Results: The simulations of the microgrid in isolated operation, in the presence of wind, load and solar power disturbances, show a better performance under different scenarios of the MPC and LQ-Servo controllers with respect to the dynamic characteristics presenting the frequency deviation and the control signal. Conclusions: The LQ-Servo optimal control strategy, little researched in microgrids, is presented as a viable option to consider in the design of secondary microgrid controllers in isolated operation, due to the characteristics of performance shown in the frequency regulation. Consideration of models that include restrictions in the control variables and in the states of the microgrid, as well as their implementation, remain for future work.

Conversóin de Potencia para un Sistema de Almacenamiento Híbrido Batería-Capacitor

Resumen Context: Due to the low emissions of CO2 generated by electric systems, those solutions have been receiving attention from industries and academia. However, the electrical storage systems required for a large amount of applications must have high energy and power densities. Method: To meet those requirements, this paper proposes an active hybrid energy storage system formed by a battery, i.e. a device with a high energy density, and a capacitor, i.e. a device with a high power capability. The proposed solution also protects the battery by limiting the current derivative. Results: Two sliding-mode controllers are designed to regulate both the battery current and the load voltage. The design process guarantees global stability and safe battery operation. Conclusions: The controller avoids battery degradation caused by the high-frequency current components since the capacitor assumes those components as demanded by the load profile.

Resumen Contexto: Gracias a las bajas emisiones de CO2 de los sistemas eléctricos, estos han ganado mucha atención por parte de la industria y la academia. Sin embargo, los sistemas de almacenamiento de energía requeridos en un sin número de aplicaciones deben garantizar ser de alta densidad de energía y potencia. Método: Para satisfacer estos requerimientos, este trabajo propone un controlador no-linear para asegurar la estabilidad de un sistema de almacenamiento de energía híbrido activo, el cual es formado por una batería como dispositivo de alta densidad de energía y un capacitor como el dispositivo de alta densidad de potencia. Asimismo, la solución propuesta protege la batería a través de la limitación de la derivada de la corriente. Resultados: Se diseñan dos controladores por modos deslizantes, uno para la corriente de la batería y otro para regular el voltaje en la carga. El proceso de diseño garantiza la estabilidad global del sistema y una operación segura de la batería. Conclusiones: El controlador de corriente evita la degradación de la batería causada por los componentes de alta frecuencia de la corriente demandados por la carga. Estos componentes de alta frecuencia son asumidos por el capacitor.