Ingeniería y competitividad

Improvement of transient performance and power efficiency of a variable-speed compressor refrigeration system using anti-windup control methodology

Abstract This paper presents a control methodology to improve the transient performance and power efficiency of a refrigeration system that uses a variable-speed compressor. The control objective is to maintain the compartment temperature at the desired setpoint, despite varying heat load conditions or disturbances. A model of the refrigeration system was obtained. The variables of interest were the compartment temperature, the evaporator superheat temperature, and the speed of the variable-speed compressor. By using simulations and real tests of the refrigeration system, it was found that a conventional implementation of a closed-loop controller causes a phenomenon known as windup, which leads to variable-speed compressor saturation and diminishes the transient performance of the refrigeration system and increases power consumption. Additionally, the evaporator superheat temperature was not significantly affected by the speed of the variable compressor, so the only option for improving the coefficient of performance of the refrigeration system was reducing the power consumption of the variable-speed compressor. An anti-windup topology for the closed-loop controller was proposed to prevent variable-speed compressor saturation. Simulations and tests of the refrigeration system showed an important improvement of the transient performance and power efficiency of the refrigeration system.

Resumen Este artículo presenta una metodología de control para mejorar el comportamiento transitorio y la eficiencia energética de un sistema de refrigeración que utiliza un compresor de velocidad variable. El objetivo de control es mantener la temperatura del compartimento en el punto de ajuste deseado, a pesar de las condiciones variables de carga térmica o las perturbaciones. Se obtuvo un modelo del sistema de refrigeración. Las variables de interés fueron la temperatura del compartimento, la temperatura del sobrecalentamiento del evaporador y la velocidad del compresor de velocidad variable. Mediante el uso de simulaciones y pruebas reales del sistema de refrigeración, se encontró que una implementación convencional de un controlador de lazo cerrado causa un fenómeno conocido como "windup", que conduce a la saturación del compresor de velocidad variable y disminuye el rendimiento transitorio del sistema de refrigeración y aumenta el consumo de energía. Además, la temperatura del sobrecalentamiento del evaporador no se vio significativamente afectada por la velocidad del compresor variable, por lo que la única opción para mejorar el coeficiente de rendimiento del sistema de refrigeración fue la reducción del consumo de energía del compresor de velocidad variable. Se propuso una topología “anti-windup” para el controlador de lazo cerrado para evitar la saturación del compresor de velocidad variable. Las simulaciones y pruebas del sistema de refrigeración mostraron una mejora importante del comportamiento transitorio y un ahorro del 10,52% en el consumo de energía.

Mechanical characterization of aluminum-silicon coating deposited by CVD-FBR on austenitic stainless steel AISI 316 and vapor oxidation

Resumen El recubrimiento de Aluminio-Silicio fue depositado a 540° C sobre el acero austenítico AISI 316 por deposición química de vapor en lecho fluidizado (CVD-FBR), para luego ser tratado a 750° C en argón por 2 horas. Las muestras de estudio fueron oxidadas en un loop de vapor a 750° C, los cuales presentaron una disminución en la velocidad de corrosión a altas temperaturas con respecto a las muestras no recubiertas (más de 100 veces). Estudios de Microdureza y Nanoindentación fueron realizados con el fin de evaluar los beneficios del recubrimiento de Al-Si por CVD-FBR, encontrando un incremento en la dureza del recubrimiento con respecto al sustrato. Adicionalmente, Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) fue llevada a cabo para caracterizar los cambios en la microestructura de las muestras oxidadas. La sección transversal de las muestras fue sometida a Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), enfocándose en el espesor del recubrimiento (cambios topográficos, gradiente de rugosidad y posibles fases formadas). Los resultados AFM verificaron una correlación entre la dureza y los perfiles de voltaje encontrados durante los barridos.

Abstract Aluminum-Silicon Al-Si coating deposited at 540° C on the austenitic stainless steel AISI 316 by chemical vapor deposition in fluidized bed reactor (FBR-CVD), afterwards samples were thermally treated at 750° C under argon for 2 hours. The coated samples were oxidized in water vapor loop at 750° C, which showed a decrease in the corrosion rate at high temperatures in respect with the oxidized uncoated substrate (more than 100 times). Microhardness and nanoindentation studies were performed in order to assess the benefits of the Al-Si coating by CVD-FBR, finding an increase in the coating hardness with respect to the substrate. Additionally Scanning Electron Microscopy (SEM) was carried out to characterize micro-structural changes of the oxidized samples. Cross-section samples were subjected to Atomic Force Microscopy (AFM) focusing on the thickness of coating (topographical changes, roughness gradient and possible formed phases). Results of AFM verified a correlation between hardness and voltages profiles found during scanning.

Relationship between hydrological, physical and chemical characteristics present in rainwater runoff sediments

Abstract The objective of this work was to establish possible relationships between rainfall characteristics and physical and chemical characteristics of sediments in an experimental catchment in Bogota city (tropical mountain Andean region). The sediments were collected fortnightly for five months, from the two sand traps of the constructed wetland of the Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá. We collected the sediments with traps specially designed for the study site. The results show a mean diameter (D50) of 128 μm, mean concentrations of Cr = 36 mg/kg, Cu = 115 mg/kg, Pb = 273 mg/kg and Zn = 1173 mg/kg. We found a relationship between rainfall and sediment characteristics, which eventually could guide practices for sediment usages: (i) a reduced number of dry days is related to higher particle diameters and lower concentrations of metals; (ii) higher magnitudes of rainfall intensities and total heights are related to a lower number of particles with large grain sizes reaching the sand traps.

Resumen El objetivo de este trabajo fue establecer posibles relaciones entre características de lluvias y características físicas y químicas de sedimentos en una cuenca experimental ubicada en la ciudad de Bogotá (región tropical altoandina). Los sedimentos se recolectaron en periodos quincenales durante cinco meses, en los dos desarenadores del humedal construido de la Pontifica Universidad Javeriana, Bogotá. La recolección de sedimentos se realizó con trampas especialmente diseñadas para el sitio de estudio. Los resultados muestran un diámetro medio (D50) de 128 µm, concentraciones medias de Cr = 36 mg/kg, Cu = 115 mg/kg, Pb = 273 mg/kg y Zn = 1173 mg/kg. Se encontró una relación entre la precipitación y las características de los sedimentos, lo cual puede guiar eventuales prácticas de utilización de sedimentos: (i) un menor número de días de tiempo seco se relaciona con mayores tamaños de partículas y menores concentraciones de metales; (ii) mayores magnitudes de intensidad y de altura total de lluvia se relacionan con una menor cantidad de partículas de grano grueso que llegan a los desarenadores.

Effect of hydrodrying conditions on shrinkage of pumpkin (Cucurbita maxima) pieces

Resumen El método para secar apropiadamente frutas y vegetales debe garantizar la calidad del producto terminado además de ser económicamente viable. Por tal motivo, se han aplicado y desarrollado tecnologías que incluyen pre-tratamientos y mejoras a la técnica de secado misma. Mediante la metodología llamada “hidrosecado conductivo” basada en la técnica de Ventana de Refractancia (RWTM), se deshidrataron trozos rectangulares de zapallo (1.2 x 1.1 x 5.9 cm3). Se empleó un baño termostático con agua a 90(2° C, durante 3 h. Se realizó un diseño factorial 22 para analizar el efecto de la convección y la conducción sobre el encogimiento de las muestras. Los factores evaluados fueron el tipo de convección con dos niveles: convección natural (NC) y convección forzada (FC); y el tipo de lámina empleada para el secado con dos niveles: MylarTM (MY) y Mylar con papel aluminio (MY/AL). Se evaluó el factor de cambio de volumen (V/V0) a partir de las dimensiones primarias (ancho, alto, y largo) de las muestras durante el secado. El menor y el mayor encogimiento de acuerdo al factor de cambio de volumen se observó en los tratamientos de convección natural NC-MY/AL y NC-MY, respectivamente. Se encontró una relación exponencial entre el cambio de volumen y la tasa de secado. El ANOVA indicó que el tipo de convección y la interacción convección-lámina fueron estadísticamente significantes en los diferentes análisis.

Abstract The method for properly drying fruits and vegetables should guarantee the quality of the finished product in addition to being economically viable. For this reason, several technologies, including pre-treatments and improvements to the drying technique itself, have been applied and developed. Using the methodology called "conductive hydro-drying" based on the Refractance Window (RWTM) technique, rectangular pieces of pumpkin (1.2 x 1.1 x 5.9 cm3) were dehydrated using a thermostatic bath with water at 90±2° C, for 3 hours. Hence, a 22 factorial design were performed to analyse the effect of convection and conduction on the shrinkage of samples. The tested factors were the type of convection with two levels: natural convection (NC) and forced convection (FC); and the type of drying foil with two levels: MylarTM (MY) and MylarTM with aluminium foil (MY/AL). The volume change factor (V/V0) from primary dimensions (width, height and length) of the samples was evaluated during drying. The smaller and the larger shrinkage, according to the volume change factor, were observed in natural convection treatments NC-MY/AL and NC-MY, respectively. An exponential relationship between drying rate and volume change factor was found. The ANOVA indicated that convection and convection-film interaction were statistically significant.

Determination of simple and complex water level - discharge relationship in a river. Case of the Cauca River

Abstract The stage - discharge relationship in a river, or rating curve, is very useful because it allows calculating the discharges from measured stages or water levels in a gauge station. For a nearly steady regime a discharge corresponds to a water level (simple relationship). However, frequently different circumstances can originate a complex relation between waters levels and discharges and then a discharge can be referred to two water levels and vice versa. In this study, simple and complex rating curves were determined in La Balsa hydrometric station, located 27 km downstream of Salvajina reservoir (Cauca river, Colombia). The simple curve was calculated by applying the logarithmic method, which allows identifying the characteristics of the type of control that determines the water level - discharge relationship. The complex curve was calculated by using the method of storage per unit rate of variation in water levels, which allows adjusting the discharge obtained with the rating curve for steady flow considering a storage due to the variation in the level. The results show significant differences in the estimated discharges through the two relationships. By applying the two rating curves for a moderate flood (01/01/1999) differences up to 19% were estimated between both calculated discharges. In consequence, in order to get the appropriated rating curve it should to carry out a rigorous analysis of the flow conditions on the river reaches of the hydrometric station.

Resumen La relación nivel de agua - caudal en un río, denominada también curva de calibración, es de gran utilidad práctica pues permite estimar los caudales a partir de los niveles registrados en una estación hidrométrica. Cuando el régimen es aproximadamente permanente a cada nivel le corresponde un caudal (relación simple). No obstante, frecuentemente diferentes circunstancias pueden generar una relación compleja entre los niveles y los caudales, donde un caudal puede estar relacionado con dos niveles de agua y viceversa. En el presente estudio se determinaron las curvas de calibración simple y compleja en la estación La Balsa, localizada 27 km aguas abajo del embalse de Salvajina (río Cauca, Colombia). La curva simple se calculó mediante el método logarítmico, el cual permite identificar las características del tipo de control que determina la relación nivel - caudal. La curva compleja se calculó según el método de almacenamiento por unidad de tasa de cambio en los niveles de agua, el cual permite ajustar el caudal obtenido en la curva nivel - caudal para régimen permanente considerando un almacenamiento debido al cambio en el nivel. Los resultados muestran diferencias importantes en los caudales estimados por medio de las dos relaciones. Al aplicar las dos curvas de calibración para una creciente moderada (01/01/1999) se encontraron diferencias hasta de un 19% entre los caudales calculados. En consecuencia, para establecer la curva de calibración nivel-caudal apropiada se debe realizar un análisis riguroso de las condiciones del flujo, tanto en la estación hidrométrica como aguas arriba y aguas abajo de ella.

Analysis of spatial distribution of malaria in the department of Chocó for the year 2016

Abstract The following investigation aims at the estimate of a generalized linear spatial regression model of Poisson statistical distribution that allows to explain the spatial-geographic behavior of a disease transmitted by vectors such as malaria for the specific case of the municipalities of the department of Chocó in the year 2016. In order to obtain the probability maps, spatial statistics techniques are used based on the analysis of Lattice type areas or data such as figure criteria, distance criteria and the most commonly used criteria of physical contiguity, in order to determine the existence of spatial autocorrelation To analyze the existence of malarial spatial autocorrelation among nearby municipalities, it was carried out through the statistical dynamics of sanitary variables (unsatisfied basic needs and aqueduct coverage), environmental variables (forest cover, precipitation, humidity, height and temperature) and demographic variables such as population of each municipality. Nevertheless, it is necessary to perform a Gaussian anamorphosis process to guarantee the standardization of the data in standardized morbidity rates (SMR) and in this way identify the statistical structure of the data that for this year came from a Poisson distribution. The study allowed finding positive spatial autocorrelation confirming that in some municipalities of Chocó as Paimado, San Pablo canton, Istmina, Tado and La union panamerica malaria is more likely to occur because of its municipal closeness according to the physical relationship of certain study variables. The result was that the variables that best explain malaria in the municipalities of Chocó are the coverage of forests and unsatisfied basic needs that give as a product the map of spatial auto correlation and the map of probability of occurrence with the highest ratio among municipalities of the region. South of the department.

Resumen La presente investigación tiene como propósito la estimación de un modelo de regresión espacial lineal generalizada de distribución estadística Poisson que permita explicar el comportamiento espacio-geográfico de una enfermedad transmitida por vectores como la malaria para el caso puntual de los municipios del departamento de Chocó para el año 2016. Con el fin de obtener los mapas de probabilidad se emplean técnicas de estadística espacial basada en el análisis de áreas o datos tipo Lattice tales como criterios de figuras, criterios de distancias y los más usados los criterios de contigüidad física, con el fin de determinar la existencia de autocorrelación espacial de dicho. Para analizar la existencia de autocorrelación espacial malárica entre municipios cercanos se realizó mediante la dinámica estadística de variables sanitarias (necesidades básicas insatisfechas y cobertura de acueducto), variables ambientales (cobertura boscosa, precipitación, humedad, altura y temperatura) y variables demográficas como la población de cada municipio. Sin embargo, es necesario realizar un proceso de anamorfosis gaussiana para garantizar la normalización de los datos en tasas de morbilidad estandarizada (SMR) y de esta forma identificar la estructura estadística de los datos que para este año fueron provenientes de una distribución Poisson. El estudio permitió encontrar autocorrelación espacial positiva lo que confirma que en algunos municipios del Chocó como Paimado, El cantón de San Pablo, Istmina, Tado y La unión panamerica la malaria tiene mayor probabilidad de ocurrencia por su cercanía municipal de acuerdo a la relación física de ciertas variables del estudio. Se obtuvo como resultado que las variables que mejor explican espacialmente la malaria para los municipios del Chocó son la cobertura de bosques y necesidades básicas insatisfechas que dan como producto el mapa de autocorrelación espacial y el mapa de probabilidad de ocurrencia con mayor relación entre los municipios del sur del departamento.

Theoretical understanding between competitiveness and productivity: firm level

Abstract The objective of this article is to contribute to the understanding of the concept of competitiveness at firm level and its relation to productivity. To support the objective of this work, a systematic review of the literature was conducted and was subsequently structured an analysis of the elements found in the literature through systems thinking. Systems thinking enables to identify the cause and effect between the elements of competitiveness, highlighting the convergence and divergence between these elements. It was concluded that productivity stood out among the other elements confirming its importance in determining firm competitiveness. Limitations of this study consists on the theoretical nature, there is the need for an empirical study to verify the practical effect of productivity on competitiveness at the firm level.

Resumen El objetivo de este artículo es contribuir para la comprensión del concepto de competitividad en el nivel de empresa y su relación con la productividad. Se conduce una revisión sistemática de la literatura pertinente al tema y, posteriormente fue estructurado un análisis de los elementos encontrados en la literatura por medio del pensamiento sistémico. El pensamiento sistémico permite identificar las relaciones de causa y efecto entre los elementos que accionan la competitividad, evidenciando las convergencias y divergencias entre esos elementos. Se concluyó que la productividad se destacó entre los demás elementos confirmando su importancia en la determinación de la competitividad.

Competitive Benchmarking with four companies in the pork industry

Abstract This article is the result of a research of the pork industry. One of the projects was the formulation of the strategic plan for the industry from 2015-2018, whose objective was to design competitive strategies to improve the companies productivity and address competition successfully. A result of this research was the study of benchmarking in four companies of the pork industry in Valle del Cauca - Colombia, applying an exploratory-descriptive type methodology with a qualitative and quantitative focus and resorting to primary and secondary sources. Tabulation of the results is collected in the competitive profile matrix -CPM-, which allows the graphing of the comparative values for its interpretation in the spider diagram. The study of the four organizations evidenced the best performance factors as well as the deficiencies of each one. Organization A has a better performance in: environmental management and environmental protection, a deficient result in: quality management system, logistic distribution, food sustainability and management; B is successful in: production technology management, brand positioning, productive linkage, competent staff and raw material management, and shows an acceptable result in: management in the reproduction process, environmental management; C is successful in: management in the reproduction process, purchasing logistics, inventory, consumables, environmental management and food sustainability, however, it has flaws in: brand positioning and management, and acceptable in production technology, quality management, logistic distribution, productive linkage, technical and professional training; finally, D has an excellent performance in: management of reproduction processes, higher in: production technology, food sustainability, productive linkage, technical and professional training of its staff; acceptable in logistic distribution, environmental management, brand positioning and management.

Resumen Este artículo es resultado del trabajo de investigación sobre el sector cárnico porcicola, uno de los proyectos fue la formulación del plan estratégico para el sector periodo 2015 - 2018, cuyo objetivo era diseñar estrategias competitivas para mejorar la productividad de las empresas y enfrentar con éxito la competencia. Producto de esta investigación es el estudio de benchmarking con cuatro empresas del sector cárnico porcicola del Valle del Cauca - Colombia-, en el cual se aplicó una metodología de tipo exploratorio - descriptivo, con enfoque cualitativo, cuantitativo y acudiendo a fuentes primarias y secundarias. La tabulación de los resultados se recoge en la matriz de perfil competitivo -MPC- , la cual permite graficar los valares de la comparación para su interpretación en diagrama de araña. El estudio de las cuatro organizaciones evidencio los mejores factores de desempeños de cada una de ellas, así como sus deficiencias. La organización A tiene un mejor rendimiento en: gestión ambiental y protección del medio ambiente, un resultado deficiente en: sistema de gestión de calidad, logística de distribución, sustentabilidad alimentaria y la gerencia; la B es exitosa en: manejo de tecnología de producción, posicionamiento de marca, encadenamiento productivo, personal competente y manejo de materias primas, y muestra un resultado aceptable en: gestión del proceso de reproducción, gestión ambiental; la C es exitosa en: gestión proceso de reproducción, logística de compras, inventarios, insumos, gestión ambiental y sustentabilidad alimentaria, sin embargo presenta falencia en: posicionamiento de marca y gerencia, y aceptables en tecnología de producción, gestión de calidad, logística de distribución, encadenamiento productivo, formación técnica y profesional; finalmente la D tiene un excelente desempeño en: gestión de proceso de reproducción, elevado en: tecnología de producción, sustentabilidad alimentaria, encadenamiento productivo, formación técnica y profesional de su personal; aceptable en logística de distribución, gestión ambiental, posicionamiento de marca y gerencia.

Effect of pH and agitation time on combustible recovery and ash rejection in a coal sample using selective hydrophobic coagulation

Abstract This paper shows the effect of pH and agitation time (Agt) on combustible recovery and ash rejection for a Colombian bituminous coal sample from Cerrejón (La Guajira), using a Selective Hydrophobic Coagulation process. A 22 factorial central composite experimental design was used, varying the pH and the agitation time as entry variables. The sample was processes in a specially built coagulation cell. The results show that the selectivity of the process is highest in a pH range of 4 to 10, with ash rejection values above of 70%. The statistical analysis showed that pH is a variable that has a significant effect (95% confidence level) in the selective hydrophobic coagulation process, while the agitation time has no significance effect.

Resumen Este artículo muestra el efecto del pH y el tiempo de agitación (Agt) sobre la recuperación de combustible y el rechazo de cenizas para una muestra de carbón bituminoso colombiano de Cerrejón (La Guajira), utilizando un proceso de Coagulación Hidrofóbica Selectiva. Se utilizó un diseño experimental factorial central compuesto 22, variando el pH y el tiempo de agitación como variables de entrada. La muestra se procesó en una celda de coagulación especialmente construida. Los resultados muestran que la selectividad del proceso es más alta en un rango de pH de 4 a 10, con valores de rechazo de cenizas superiores al 70%. El análisis estadístico mostró que el pH es una variable que tiene un efecto significativo (95% de nivel de confianza) en el proceso de coagulación hidrofóbica selectiva, mientras que el tiempo de agitación no tiene ningún efecto significativo.