TecnoLógicas

Aseguramiento de la calidad como oportunidad de mejora en los laboratorios de investigación

Integración Óptima de Generadores Fotovoltaicos en Sistemas de Distribución DC a través de la Aplicación del Algoritmo de Optimización Aritmética Modificado

Resumen En este artículo se aborda el problema de ubicación y dimensionamiento óptimo de generadores fotovoltaicos (PV) en redes de corriente continua (CC) con el objetivo de minimizar los costos de inversión y operación de la red para la empresa de distribución de energía en un horizonte de operación de 20 años. Este problema es presentado mediante un modelo matemático de programación no lineal entera mixta (PNLEM), el cual se resuelve mediante la aplicación de una metodología de optimización del tipo maestro-esclava. La etapa maestra corresponde a una versión mejorada del algoritmo de optimización aritmética que incluye una etapa de exploración y explotación del espacio de solución que involucra la generación de nuevas soluciones a partir de la aplicación de funciones de distribución gaussiana alrededor de actual x best t en cada iteración t. En la etapa esclava se emplea el algoritmo de flujo de potencia especializado para redes de CC, el cual permite evaluar cada posible solución obtenida de la etapa maestra en relación con la ubicación (nodos) y el dimensionamiento de los generadores PV (tamaños), y verificar que todas las restricciones asociadas al modelo de PNLEM se cumplan. El resultado principal de esta investigación corresponde a una metodología mejorada basada en la combinación del algoritmo de optimización aritmética y las funciones de distribución gaussiana para mejorar las etapas de exploración y explotación del espacio de soluciones y encontrar soluciones de mejor calidad que las reportadas en la literatura especializada. En conclusión, los resultados numéricos en los sistemas de prueba IEEE 33 e IEEE 69 nodos demostraron que el algoritmo de optimización propuesto mejoró los resultados existentes en la literatura especializada para la ubicación y el dimensionamiento de fuentes PV en sistemas de distribución de CC, lo cual genera un nuevo punto de referencia para futuras investigaciones en esta temática.

Abstract This paper addresses the problem regarding the optimal siting and sizing of photovoltaic (PV) generators in direct current (DC) networks, with the purpose of minimizing the network’s investment and operation costs assumed by the energy distribution company for a planning horizon of 20 years. This problem is presented by means of a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) mathematical model, which is solved by implementing a master-slave optimization methodology. The master stage corresponds to an improved version of the arithmetic optimization algorithm, which includes a solution space exploration and exploitation phase that involves generating new solutions based on applying Gaussian distribution functions around the current x best t in each iteration t. The slave stage employs a power flow algorithm specialized for DC grids, which allows evaluating each possible solution obtained in the master stage with regard to PV generator siting (nodes) and sizing, as well as verifying that all constraints associated with the MINLP model are fulfilled. The main result of this research corresponds to an improved methodology that is based on combining the arithmetic optimization algorithm and the Gaussian distribution functions in order to improve the solution space exploration and exploitation phases and find solutions with better quality than those reported in the specialized literature. In conclusion, the numerical results obtained in the IEEE 33- and IEEE 69-node test systems demonstrated that the proposed optimization algorithm improved the results of the specialized literature with regard to the location and sizing of PV sources in DC distribution systems, which sets a new point of reference for future research on this subject.

Caracterización de trenes de descargas preliminares en rayos nube a tierra negativos registrados durante una temporada de lluvias en la Sabana de Bogotá, Colombia

Abstract Lightning-generated electric field measurement is used to characterize cloud-to-ground (CG) flashes. Prior to the first return stroke (FRS), these signals sometimes exhibit a pulse train, known as preliminary breakdown pulses (PBP), whose study provides information about the first event that originate the breakdown process inside the cloud. Considering that characteristics of PBPs may change according to geographical conditions, in this work, six parameters (temporal and magnitude) associated with 69 trains identified in negative CG flashes that occurred in the Bogota savannah, Colombia were analyzed. The signatures were recorded in 2017 using a fast response antenna (10 MHz bandwidth), a 100 ns sampling time and a window of 500 ms. Among the most relevant results, it was found that the train duration (T PBP ) varied from 0.5 ms up to 5.2 ms with arithmetic mean (AM) of 1.74 ms, while the time interval between the peak of the train and the FRS (PBP-FRS) had an AM and a geometric mean (GM) of 35.7 ms and 10.2 ms, respectively. On the other hand, the ratio between the peak value of the PBP and its FRS (PBP MAX /FRS M ) exhibited an AM of 0.7 and a GM of 0.56. It was concluded that PBP train starts with low amplitude pulses, later increases its magnitude in the central region and decreases at the end. Furthermore, bipolar pulses with similar polarity to that of the FRS were identified at the beginning and in the middle of the train, while unipolar pulses were observed at the end of the signatures.

Resumen La medición del campo eléctrico generado por rayos es comúnmente usada para caracterizar rayos nube-tierra (CG). Previo a la primera descarga de retorno (FRS), estas señales exhiben algunas veces un tren de pulsos conocido como pulsos de descargas preliminares (PBP), cuyo estudio proporciona información sobre el primer evento que origina el proceso de descarga dentro de la nube. Considerando que las características de los PBP pueden cambiar de acuerdo con las condiciones geográficas, en este trabajo se analizaron seis parámetros (temporales y de magnitud) asociados a 69 trenes identificados en rayos CG negativos ocurridos en la Sabana de Bogotá, Colombia. Las señales se registraron en 2017 usando una antena de respuesta rápida (ancho de banda de 10 MHz), un tiempo de muestreo de 100 ns y una ventana de 500 ms. Dentro de los resultados más relevantes se encontró que la duración del tren (T PBP ) varió entre 0.5 ms y 5.2 ms con una media aritmética (AM) de 1.74 ms, mientras el tiempo entre el pico del tren y el FRS (PBP-FRS) tuvo una AM y una media geométrica (GM) de 35.7 ms y 10.2 ms, respectivamente. Por su parte, la relación entre el pico del PBP y su FRS (PBP MAX /FRS M ) exhibió una AM de 0.7 y una GM de 0.56. Se concluye que el tren comienza con pulsos de baja amplitud, aumenta su magnitud en la región central y disminuye al final. Adicionalmente, se identificaron pulsos bipolares con polaridad similar a la FRS al principio y en la mitad del tren, mientras pulsos unipolares fueron observados al final de las señales.

Regulación de tensión en convertidores DC-DC clásicos de segundo orden mediante la aplicación del control óptimo inverso con acción proporcional-integral

Abstract This article addresses the problem regarding power regulation in classical DC-DC second-order converters by means of a nonlinear control technique based on inverse optimal control theory. There are few papers that describe inverse optimal control for DC-DC converters in the literature. Therefore, this study constitutes a contribution to the state of the art on nonlinear control techniques for DC-DC converters. In this vein, the main objective of this research was to implement inverse optimal control theory with integral action to the typical DC-DC conversion topologies for power regulation, regardless of the load variations and the application. The converter topologies analyzed were: (i) Buck; (ii) Boost; (iii) Buck-Boost; and (iv) Non-Inverting Buck-Boost. A dynamical model was proposed as a function of the state variable error, which helped to demonstrate that the inverse optimal control law with proportional-integral action implemented in the different converters ensures stability in each closed-loop operation via Lyapunov’s theorem. Numerical validations were carried out by means of simulations in the PSIM software, comparing the established control law, the passivity-based PI control law, and an open-loop control. As a conclusion, it was possible to determine that the proposed model is easier to implement and has a better dynamical behavior than the PI-PBC, ensuring asymptotic stability from the closed-loop control design.

Resumen Este artículo aborda el problema de regulación de tensión para convertidores DC-DC clásicos de segundo orden mediante una técnica de control no lineal basada en la teoría de control óptimo inverso. En la literatura hay pocos artículos que describen el control optimo inverso para convertidores DC-DC, por tanto, este estudio es una contribución al estado del arte en técnica de control no lineal para convertidores DC-DC. En este orden de ideas, el objetivo principal de esta investigación fue implementar la teoría de control óptimo inverso con acción integral a las topologías típicas de conversión DC-DC para regular tensión, independientemente de las variaciones de la carga y de la aplicación. Las topologías de los convertidores analizados fueron: (i) Buck; (ii) Boost; (iii) Buck-Boost; y (iv) Buck-Boost No Inversor. Se planteó un modelo dinámico en función del error de las variables de estado, el cual ayudó a demostrar que la ley de control óptimo inverso con acción proporcional-integral implementada para los diferentes convertidores garantiza la estabilidad para operación en lazo cerrado mediante el teorema de Lyapunov. Se realizó la validación numérica mediante simulaciones en el software PSIM, comparando la ley de control establecida, la ley de control PI basada en pasividad y un control en lazo abierto. Como conclusión, se pudo determinar que el método propuesto es más sencillo de implementar y con mejor comportamiento dinámico que el PI-PBC, garantizando la estabilidad asintótica desde el diseño de control en lazo cerrado.

Optimización convexa estocástica para la corrección del factor de potencia óptimo en microrredes con generación fotovoltaica

Abstract This research focused on the development of a methodology for calculating the optimal power factor (OPF) in microgrids with the photovoltaic generation, in order to use solar inverters as reactive compensators, which will change their power factor according to the needs of the load. The developed methodology proposes a convex optimization model with multiple constraints to solve the OPF problem. Wirtinger's linearization in the power balance equation was implemented. The stochastic behavior of solar radiation was considered using the average sampling approach (ASA) to generate solar scenarios, which are used to calculate the magnitude of the generation of photovoltaic systems for specific hours of the day. Finally, the algorithm was run on CIGRE's 19-node test grid. The proposed methodology showed that as the radiation level increases during the day, more radiation scenarios can be tested, which increases the accuracy of the power factor value for each PV system. Although the general idea in power systems is to have a unity power factor, the algorithm resulted in power factors with values less than one in some inverters. This represents an injection of reactive power from the inverters to meet the reactive needs of the loads connected close to said PV generators, which is reflected in a variation in the magnitude of the power factor.

Resumen Esta investigación se centró en el desarrollo de una metodología para el cálculo del factor de potencia óptimo (OPF) en micro redes con generación fotovoltaica, con el fin de usar los inversores solares como compensadores reactivos, los cuales cambiaran su factor de potencia de acuerdo a las necesidades de la carga. La metodología desarrollada planteó un modelo de optimización convexo con múltiples restricciones para resolver el problema de OPF; además, fue implementada la linealización de Wirtinger en la ecuación de balance de potencia. Se consideró el comportamiento estocástico de la radiación solar utilizando la aproximación de muestreo promedio (ASA) para generar escenarios solares, los cuales son usados para calcular la magnitud de la generación de los sistemas fotovoltaicos para horas específicas del día. Finalmente, se ejecutó el algoritmo en la red de pruebas de 19 nodos de CIGRE. La metodología propuesta mostró que, a medida que el nivel de radiación incrementa en el transcurso del día, más escenarios de radiación pueden ser puestos a prueba, lo cual aumenta la precisión del valor de factor de potencia para cada sistema PV. Aunque la idea general en los sistemas de potencia es tener un factor de potencia unitario, el algoritmo brindó como resultado factores de potencia con valores inferiores a uno en algunos inversores. Esto representa una inyección de potencia reactiva desde los inversores para suplir las necesidades de reactivos de las cargas conectadas cerca a dichos generadores PV, lo cual se refleja en una variación en la magnitud del factor de potencia.

Modelación de elementos finitos de transición directa de pavimento asfáltico a pavimento de concreto

Abstract The origin of premature distress in direct transitions from Portland cement concrete pavement (PCCP) to asphalt concrete pavement (ACP) constructed as part of TransMilenio pavement repairs has not been investigated and the related literature is limited, therefore, a three-dimensional finite element (FE) model was used to determine the mechanical responses of a direct ACP-PCCP transition under moving vehicular loading in order to identify failure mechanisms. In this sense, a PCCP model was validated with a falling-weight deflectometer (FWD) test, field measurements, and analytical solutions, then a concrete slab (CS) was replaced with flowable fill and asphalt concrete (AC) to create the direct ACP-PCCP transition. The direct transition model considered: 1) the viscoelastic nature of the AC; 2) non-uniform tire-pavement contact pressure; and 3) the bonding variation of the AC-concrete interface of the transition joint using different coefficients of friction (COF) and the Coulomb-type friction model. The results showed 1) relatively high near-surface shear strain of the AC, primarily at the joint and extending 122 mm from the joint; 2) relatively high compressive vertical strain on the subgrade top; and 3) high vertical differential displacement of the joint surface. It is concluded that the AC may prematurely experience near-surface cracking at the vicinity of the joint and rutting from the subgrade, however, increasing the AC-concrete interface bonding may be conservative for fatigue cracking and vertical differential displacement.

Resumen El origen de daños prematuros en transiciones directas de pavimento de concreto asfáltico (PCA) a pavimento de concreto de cemento de Pórtland (PCCP) construidas como parte de las reparaciones del pavimento de TransMilenio no ha sido investigado y la literatura relacionada es limitada, por lo tanto, un modelo tridimensional de elementos finitos (EF) fue utilizado para determinar las respuestas mecánicas de una transición directa de pavimento de PCA-PCCP sometida a carga vehicular en movimiento con el fin de identificar mecanismos de falla. En este sentido, un modelo de PCCP fue validado con un ensayo de deflectómetro de impacto (FWD), mediciones de campo y soluciones analíticas, luego fue remplazada una losa de concreto (LC) por relleno fluido y concreto asfáltico (CA) para crear la transición directa de PCA-PCCP. El modelo de la transición directa consideró: 1) la naturaleza viscoelástica del CA; 2) presiones no uniformes de contacto llanta-pavimento; y 3) la variación de unión de la interfaz CA-concreto de la junta de transición mediante diferentes coeficientes de ficción (CF) y el modelo de fricción de tipo Coulomb. Los resultados mostraron 1) deformación cortante relativamente alta cerca de la superficie del CA, principalmente en la junta y extendida 122 mm desde la junta; 2) deformación vertical de compresión relativamente alta en la parte superior de la subrasante; y 3) alto desplazamiento diferencial vertical de la superficie de la junta. Se concluye que el CA podría experimentar prematuramente agrietamiento cerca de la superficie en inmediación de la junta y ahuellamiento desde la subrasante, no obstante, aumentar la unión de la interfaz CA-concreto puede ser conservativo para el agrietamiento por fatiga y desplazamiento diferencial vertical.

Diseño del sistema de distribución del afluente en unidades de tratamiento de aguas residuales domésticas

Abstract The efficient treatment of domestic wastewater is associated with good operational practices in wastewater treatment plants (WWTP) and the proper design of each treatment unit, which ensures the correct hydraulic performance of each WWTP. For this reason, the objective of this article was to study the design of the multiple influent distribution systems of a high-rate primary sedimentary, a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor, and an up-flow anaerobic filter (FAFA) in the WWTPs of the municipalities of San Carlos and San Roque, and in the township of Santiago, respectively, located in Antioquia-Colombia. For this purpose, the methodology proposed by Hudson in 1981 was used to evaluate the performance of the current design and, subsequently, a pre-dimensioning was carried out to distribute the flow uniformly, to have velocities within the ranges recommended by the literature, and to obtain the total head loss generated by the distribution manifold in each treatment unit evaluated. It was found that the existing design is not efficient and that the new pre-dimensioning ensures homogeneous flow distribution and provides velocities that contribute positively to the treatment process. The study concludes that the smaller the number of orifices and the larger the pipe diameter, the more uniform the flow distribution, and that the total head loss depends on both the velocity head and the head loss coefficient. The diameter of the orifice was the predominant parameter to control the inlet velocity of the treatment units.

Resumen El tratamiento eficiente de las aguas residuales domésticas está asociado a las buenas prácticas operacionales en las plantas de tratamiento de agua residual (PTAR) y al diseño adecuado de cada unidad de tratamiento, con lo cual se asegura el correcto funcionamiento hidráulico de cada PTAR. Por tal motivo, el objetivo de este artículo fue estudiar el diseño de los múltiples sistemas de distribución del afluente de un sedimentador primario de alta tasa, un reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) y un filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA) en las PTAR de los municipios de San Carlos y San Roque, y en el corregimiento de Santiago, respectivamente, ubicados en Antioquia-Colombia. Para ello, se utilizó la metodología propuesta por Hudson en 1981 para evaluar el funcionamiento del diseño actual y, posteriormente, se realizó un predimensionamiento que permitiera distribuir el caudal uniformemente, tener velocidades dentro de los rangos recomendados por la literatura y obtener la pérdida de carga total generada por el múltiple de distribución en cada unidad de tratamiento evaluada. Se evidenció que el diseño existente no es eficiente y que el nuevo predimensionamiento asegura la distribución homogénea del caudal y proporciona velocidades que contribuyen positivamente al proceso de tratamiento. El estudio concluye que a menor número de orificios y mayor diámetro de tubería se presenta una distribución uniforme del caudal, además que la pérdida de carga total depende, tanto de la cabeza de velocidad, como del coeficiente de pérdida de carga. El diámetro del orificio fue el parámetro predominante para controlar la velocidad de entrada a las unidades de tratamiento.

Modelo simplificado de generador basado en inversores para estudios de protecciones y estabilidad de corto plazo en resolución de transitorios electromagnéticos

Abstract The new dynamics of inverter-based generation (IBG) and its response to fault events jeopardize power system security. So, for the reliable inclusion of large IBG power plants is necessary to understand the new issues associated with this kind of resource. In this sense, the lack of accurate generic models hinders disturbances analysis. Also, most of the manufacturer's detailed EMT models are black boxes. For that reason, this work proposes a generic IBG model in EMT resolution appropriate for short-circuit, protection, and short-term voltage stability studies. This model considers several functionalities such as grid synchronization under unbalanced voltage dips, flexible positive and negative sequence current injection, peak current limitation, dynamic reactive power control, and Fault Ride Through (FRT). This model allows utilities to face the challenge of performing accurate simulations with large amounts of renewable resources connected to their energy matrices. This model uses a voltage-controlled current source that reproduces the grid side inverter behavior and is implemented in the software ATP/EMTP. The short-circuit response is tested in a simulation scenario with different fault events, presenting reliable behavior; thus, it considers technical and mandatory IBG requirements. Finally, the proposed model has fast initialization and is suitable for large simulation time steps, making it worthy for EMT simulations in large grids.

Resumen Las nuevas dinámicas de la generación basada en inversores (IBG) y la falta de modelos precisos ponen en peligro la seguridad de los sistemas de potencia. Adicionalmente, la mayoría de los modelos detallados para transitorios electromagnéticos (EMT) de los fabricantes son cajas negras. Por esta razón, el objetivo de este trabajo fue proponer un modelo de IBG genérico en resolución EMT apropiado para estudios de cortocircuito, protecciones y estabilidad de tensión de corto plazo. Para ello, el modelo consideró diferentes funcionalidades, como sincronización ante huecos de tensión desbalanceados, inyección flexible de corriente de secuencia negativa, limitación de corriente pico, control dinámico de potencia reactiva y soportabilidad ante fallas (FRT). Este modelo permitió a los operadores de red enfrentar el reto de realizar simulaciones precisas con gran integración de recursos renovables en su matriz energética. El modelo, además, se basó en una fuente de corriente controlada por tensión en el software ATP/EMTP. La respuesta de cortocircuito se evaluó en un escenario de simulación para diferentes eventos de falla presentando un comportamiento confiable debido a que se consideran los requerimientos y limitantes técnicas y regulatorias de los IBG. Finalmente, el modelo propuesto tiene una rápida inicialización y es apropiado para simulaciones con grandes pasos de tiempo, haciendo que sea valioso para simulaciones EMT en grandes redes.

Evaluación técnico-económica de un proceso de producción de leche descremada en polvo

Abstract Milk powder is a highly demanded food that is used in various ways, both in the industrial area and in everyday life. In the present work, an innovative and unprecedented techno-economic evaluation of a technological proposal for a skimmed milk powder production plant with an annual capacity of 700 tons was carried out through the use of the SuperPro Designer® simulator, in order to know its main economic and profitability indicators under the current economic conditions in Cuba. For economic performance evaluation, the total capital investment, unit production cost, internal rate of return (IRR), net present value (NPV) and project payback time (PT) among other indicators, were determined. A sensitivity study was also accomplished, to determine from what value of the fluid milk unit cost the proposed skimmed milk powder plant begins to be unprofitable. A total capital investment of USD 22 744 000, an annual operating cost of USD 9 884 000, a working capital of USD 647 000 and a unit production cost of USD 352.95 per 25 kg bag were obtained. From the techno-economic results obtained, it can be concluded that the evaluated skimmed milk powder production plant is profitable and feasible due to the values of NPV (USD 14 475 000), IRR (18.98 %) and PT (4.46 years) obtained. The proposed production plant becomes unprofitable from a value of the fluid milk unit cost of USD 1.32/L.

Resumen La leche en polvo es un alimento muy demandado que es utilizado de diversas formas, tanto en el área industrial como en la vida cotidiana. En el presente trabajo se efectuó la evaluación técnico-económica novedosa y sin precedente de una propuesta tecnológica de planta de producción de leche descremada en polvo con una capacidad anual de 700 toneladas, mediante el empleo del simulador SuperPro Designer®, con el fin de conocer sus principales indicadores económicos y de rentabilidad bajo las condiciones económicas actuales de Cuba. Para la evaluación del rendimiento económico se determinaron la inversión total de capital, costo unitario de producción, tasa interna de retorno (TIR), valor actual neto (VAN) y período de recuperación de la inversión (PRI) del proyecto, entre otros indicadores. Se llevó a cabo, también, un estudio de sensibilidad con el que se buscó determinar a partir de cuál valor del costo unitario de la leche fluida, la planta de leche descremada en polvo propuesta comienza a ser no rentable. Se obtuvo una inversión total de capital de USD 22 744 000, un costo de operación anual de USD 9 884 000, un capital de trabajo de USD 647 000 y un costo unitario de producción de USD 352.95 por bolsa de 25 kg. A partir de los resultados técnico-económicos obtenidos, se puede concluir que la planta de producción de leche descremada en polvo propuesta es rentable y factible debido a los valores de valor actual neto (USD 14 475 000), tasa interna de retorno (18.98 %) y período de recuperación de la inversión (4.46 años) obtenidos. La planta de producción propuesta comienza a ser no rentable a partir de un valor del costo unitario de la leche fluida de USD 1.32/L.

Implementación de un sistema hidropónico para la producción de Oryza sativa como forraje con potencial en alimentación animal

Resumen Una de las alternativas para la optimización de los sistemas pecuarios, es la implementación de tecnologías como la producción de ensilajes, henos y forraje verde hidropónico (FVH). Este estudio buscó implementar un sistema hidropónico para la producción de FVH de arroz (O. Sativa), gramínea poco convencional para alimentación animal, esto en condiciones de baja temperatura y alta humedad, variando entre 17 °C y 24 °C y 60 % y 80 %, respectivamente. La evaluación agronómica tuvo una duración de 38 días para la cosecha principal (CP) y 21 días para la soca (CS). Las semillas utilizadas fueron regadas manualmente, aplicándoseles fertilizantes desde el día 21 postsiembra; además, fueron seleccionadas, desinfectadas y sometidas a pregerminación. Se realizó un análisis descriptivo cuantitativo, se utilizaron modelos de regresión lineal. Las variables evaluadas en CP y CS fueron: altura total (cm), altura del tallo (cm), longitud de la hoja principal (cm), relación hoja/tallo y cantidad de hojas/plántula. Se observó un constante crecimiento de las plántulas hasta el día 26 postsiembra; luego, se halló que el crecimiento en altura fue mínimo. Respecto a la CS, se encontró rebrote en algunas áreas dispersas del tapete radicular, alcanzando una altura menor a la registrada en la CP, donde se evidenció muerte prematura de las plántulas. Se pudo concluir, finalmente, que en las condiciones ambientales del experimento el rendimiento en biomasa y altura es bajo; sin embargo, la composición nutricional de O. sativa indica que la implementación de la hidroponía permite proponer la producción de FVH de esta gramínea como una alternativa promisoria en alimentación animal.

Abstract One of the alternatives for the optimization of livestock systems is the implementation of technologies such as the production of silage, hays, and hydroponic green fodder (FVH). This study sought to implement a hydroponic system to produce FVH of rice (O. Sativa), unconventional grass for animal feed, in conditions of low temperature and high humidity, varying between 17 °C y 24 °C y 60 % y 80 %, respectively. The agronomic evaluation had a duration of 38 days for the main crop (CP) and 21 days for the soca (CS). The seeds used were watered manually, applying fertilizers from day 21 post-sowing; besides, were selected, disinfected, and subjected to pre-germination. A quantitative descriptive analysis was carried out, linear regression models were used. The variables evaluated in CP and CS were total height (cm), stem height (cm), main leaf length (cm), leaf/stem relation and quantity of leaf/seedling. The constant growth of the seedlings was observed until day 26 post-sowing; then, it was found that the growth in height was minimum. Regarding CS, regrowth was found in some scattered areas of the root mat, reaching a height lower than that recorded in the CP, where premature death of seedlings was evidenced. Could be concluded, finally, that in the environmental conditions of the experiment biomass and height yield is low; nevertheless, the nutritional composition of O. sativa indicates that the implementation of hydroponics allows proposing the production of FVH from this grass as a promising alternative in animal feed.

Operación integrada de redes de distribución de energía y gas natural: un análisis de confiabilidad

Abstract Currently the world faces a great challenge, to achieve a sustainable production of energy, which allows the adequate development of humanity but at the same time does not irreversibly affect the environment. For this, it is absolutely necessary to make optimal and effective use of the available energy resources, in order to aim for energy transition objectives that result in the rational and efficient use of energy, the penetration of renewable resources, and social development. This requires that at a technical level, methodologies be proposed that allow for a holistic analysis of the different interactions and synergies present in the energy system. Therefore, it is essential to delve into the knowledge associated with the interaction between the electricity and natural gas networks, since natural gas is expected to be the energy source that supports the increase in generation from intermittent renewable energy sources. It is for the above that this research work analyzes the reliability of the electric power distribution network based on the impact associated with a contingency in the natural gas distribution network, when both networks are coupled through natural gas-based distributed power generators. A novel non-supplied energy index and a single contingency criterion are used for estimation purposes, considering failure rates and repair times of the natural gas network to obtain a more accurate in the estimation. Numerical results show that significant penetration of natural gas-based distributed generation can compromise the reliability of the power distribution network if the natural gas network is of low reliability.

Resumen Actualmente, el mundo enfrenta un gran desafío y es lograr una producción sustentable de energía que permita el adecuado desarrollo de la humanidad pero que al mismo tiempo no afecte irreversiblemente al medio ambiente. Para ello, es absolutamente necesario hacer un uso óptimo y efectivo de los recursos energéticos disponibles, con el fin de apuntar a objetivos de una transición energética que resulten en un uso racional y eficiente de la energía, la penetración de los recursos renovables y el desarrollo social. Esto requiere que a nivel técnico se propongan metodologías que permitan un análisis holístico de las diferentes interacciones y sinergias presentes en el sistema energético. Por ello, es fundamental profundizar en el conocimiento asociado a la interacción entre las redes de electricidad y gas natural, ya que se espera que el gas natural sea la fuente energética que sustente el incremento de la generación a partir de fuentes renovables intermitentes. Por lo anterior, en este trabajo de investigación se analiza la confiabilidad de la red de distribución de energía eléctrica a partir del impacto asociado a una contingencia en la red de distribución de gas natural, cuando ambas redes se acoplan a través de generadores de energía distribuida a base de gas natural. Para su estimación se utiliza un novedoso índice de energía no suministrada y un criterio de contingencia sencilla, considerando tasas de falla y tiempos de reparación de la red de gas natural para obtener una mayor precisión en la estimación. Los resultados numéricos muestran que una penetración significativa de la generación distribuida basada en gas natural puede comprometer la confiabilidad de la red de distribución de energía si la red de gas natural es de baja confiabilidad.

Evaluación cualitativa y cuantitativa de la protección de sobrecorriente en sistemas de distribución activos

Abstract Greenhouse gas emissions are considered a global problem, which is why interest in implementing renewable distributed energy resources (DER) is increasing worldwide. However, despite the contributions to the reduction of fossil primary energy sources, the connection of DERs to power grids often gives rise to new problems in control, operation and protection systems that need to be analyzed and solved. The objective of this paper was to compare a conventional overcurrent protection scheme and several adaptive schemes for active distribution networks (ADN). The proposed methodology consisted of performing an analysis of the adaptive protection approaches for ADN. From this evaluation, the most relevant documents were classified according to the main requirements, contributions, and conclusions. Additionally, some of these proposals were tested with conventional overcurrent protection, using the ATP simulator and Python software. Finally, a quantitative and qualitative analysis of the proposed protection approaches was performed in order to identify limitations to be considered in future research work. The results obtained, when considering different faults and modes of operation of the DNA, showed that the conventional protection coordination approach is highly vulnerable to faults when DERs are connected, mainly due to the change in current magnitudes and direction. The adaptive schemes analyzed have adequate performance, however, several application issues need to be analyzed in the future.

Resumen Las emisiones de gases de efecto invernadero se consideran un problema global, razón por la cual el interés por implementar recursos energéticos distribuidos renovables (DER, por sus siglas en inglés) experimenta un incremento mundial. Sin embargo, a pesar de las contribuciones a la reducción de las fuentes de energía primaria fósiles, la conexión de los DER a las redes eléctricas suele originar nuevos problemas en los sistemas de control, operación y protección que deben ser analizados y resueltos. El objetivo de este artículo fue comparar un esquema de protección de sobrecorriente convencional y varios esquemas adaptativos para redes de distribución activas (ADN, por sus siglas en inglés). La metodología propuesta consistió en realizar un análisis de los enfoques de protección adaptativa para ADN. A partir de esta evaluación, se clasificaron los documentos más relevantes según los principales requisitos, aportes y conclusiones. Adicionalmente, se probaron algunas de estas propuestas con la protección de sobrecorriente convencional, utilizando el simulador ATP y el software Python. Por último, se realizó un análisis cuantitativo y cualitativo de los enfoques de protección propuestos con el fin de identificar limitaciones que deben considerarse en futuros trabajos de investigación. Los resultados obtenidos, al considerar diferentes fallas y modos de operación del ADN, demostraron que el enfoque de coordinación de protección convencional es altamente vulnerable a fallas cuando los DER están conectados, principalmente por el cambio en las magnitudes y dirección de las corrientes. Los esquemas adaptativos analizados tienen un desempeño adecuado, sin embargo, varios problemas de aplicación deben ser analizadas a futuro.

Rectenna de doble banda para la captación de energía inalámbrica en las bandas de 2.40 GHz y 5.38 GHz

Resumen El objetivo de este estudio, plasmado en este documento, fue implementar una rectenna para aplicaciones de área local inalámbrica 2.45 GHz y 5.38 GHz. Para ello, se estableció que las dimensiones de la antena fueran de 18 mm × 44 mm, la cual se simula mediante el software de optimización CST Studio, fabricada en sustrato FR4 con grosor de 1.6 mm, donde el material conductor posee un espesor de 0.035 mm. Asimismo, se utilizó la técnica de ranuras rectangulares para mejorar el ancho de banda de la antena; esta técnica consiste en insertar ranuras en la estructura con el fin de modificar el desplazamiento de la corriente de superficie. Lo anterior presentó una ganancia de 2.49 dB en la frecuencia de 2.45 GHz y de 4.01 dB en la frecuencia de 5.38 GHz. La antena propuesta para aplicaciones de recolección de energía de RF exhibe un patrón de radiación tipo dipolo, el cual mejora la captura de energía de RF desde varias direcciones. El rectificador de triple banda ranurada con red de adaptación de impedancia en forma de T se diseñó en FR4, utilizando un diodo Schotkky HSMS-286C para el cambio de control de RF AC a DC. Como fuente emisora de RF se empleó un enrutador inalámbrico tp-link TL-WR940N a una distancia de 30 cm de separación entre este y la rectenna propuesta. La salida de corriente continua de la rectenna es de 3 voltios con una potencia de señal generada de 20 dBm a 2.4 GHz. La rectenna de bajo coste puede ser utilizada para aplicaciones de carga de energía en sistemas de la internet de las cosas (IoT).

Abstract The objective of this study, reflected in this document, was to implement a rectenna for 2.45 GHz and 5.38 GHz wireless local area applications. For this purpose, the antenna dimensions were set to 18 mm × 44 mm, which is simulated using the optimization software CST Studio, manufactured on FR4 substrate with a thickness of 1.6 mm, where the conductive material has a thickness of 0.035 mm. Likewise, the rectangular slot technique was used to improve the bandwidth of the antenna; this technique consists of inserting slots in the structure to modify the displacement of the surface current. The above presented a gain of 2.49 dB at the 2.45 GHz frequency and 4.01 dB at the 5.38 GHz frequency. The proposed antenna for RF energy harvesting applications exhibits a dipole type radiation pattern, which enhances the capture of RF energy from various directions. The triple slotted-band rectifier with T-shaped impedance matching network was designed in FR4, using a Schotkky HSMS-286C diode for AC to DC RF control switching. A tp-link TL-WR940N wireless router was used as the RF emitting source at 30 cm separation between it and the proposed rectenna. The DC output of the rectenna is 3 volts with a generated signal power of 20 dBm at 2.4 GHz. The low-cost rectenna can be used for power-charging applications in the Internet of things (IoT) systems.

Óxidos de hierro como catalizadores de procesos tipo Fenton con potencial aplicación en tecnologías de remoción de contaminantes

Resumen Existe la necesidad de diseñar nuevas tecnologías para el tratamiento de aguas residuales, con mayor eficiencia y alcance de aplicación ingenieril. Entre dichas tecnologías, los procesos avanzados de oxidación (AOP, por sus siglas en inglés) han demostrado alta eficiencia y potencial aplicación en la degradación de contaminantes peligrosos. Las reacciones Fenton y tipo Fenton constituyen el grupo de AOP de uso más extendido, debido a su gran poder oxidante y viabilidad de aplicación. Los óxidos de hierro, estables, no tóxicos y abundantes, han sido ampliamente estudiados como catalizadores de sistemas tipo Fenton. El objetivo del presente estudio fue mostrar el estado actual sobre los avances recientes en la aplicación de los óxidos de hierro como catalizadores en este tipo de sistemas. Metodológicamente, se realizó una revisión bibliográfica sistemática sobre óxidos de hierro empleados en procesos tipo Fenton, usando la base de datos Scopus con una fórmula de búsqueda que incluyó los descriptores y operadores booleanos apropiados. Como resultado, se identificó, clasificó y analizó una amplia variedad de estructuras con diferentes características y desempeño catalítico. En conclusión, las especies más estudiadas como catalizadores han sido magnetita (Fe3O4), hematita (α-Fe2O3), goethita (α-FeOOH) y ferrihidrita (FeOOH), mostrando diferentes niveles de degradación de contaminantes orgánicos, dependiendo del tipo de sustrato, pH, temperatura y concentración de H2O2. Además, se describieron algunas modificaciones enfocadas a mejorar su eficiencia catalítica: empleo de radiación UV-Vis, incorporación de Fe metálico (Fe0) o metales de transición (Co, Cu y Mn), soportes catalíticos y control de la morfología de partículas.

Abstract The designing of new technologies for wastewater treatment is needed. These procedures should have greater efficiency and broad engineering application scope. Among these technologies, the advanced oxidation processes (AOP) have shown high efficiency and potential application in the degradation of hazardous pollutants. Fenton and Fenton-type reactions constitute the most widely used group of AOPs, due to their great oxidizing power and feasibility of application. The iron oxides are stable, non-toxic, and abundant; they have been extensively studied as catalysts for Fenton-type systems. The aim of this work is to show the state of the art on the application of iron oxides as catalysts in these systems. Methodologically, a systematic bibliographic review was carried out on the iron oxides used in Fenton-type processes, using the Scopus database with a search formula that included the appropriate descriptors and boolean operators. As a result, a wide variety of structures with different characteristics and catalytic performance were identified, classified, and analyzed. As conclusion, the most studied species like heterogeneous Fenton catalysts have been magnetite (Fe3O4), hematite (α-Fe2O3), goethite (α-FeOOH) and ferrihydrite (FeOOH). They show different levels of degradation of organic contaminants, depending on the type of substrate, pH, temperature, and concentration of H2O2. In addition, some modifications focused on improving the catalytic efficiency were described: the use of UV-Vis radiation, incorporation of metallic Fe (Fe0) or transition metals (Co, Cu and Mn), catalytic supports, and the control of particle morphology.

Horno cementero rotatorio: una revisión al control mediante sistemas expertos

Resumen Este artículo presenta una revisión de investigaciones realizadas mediante diferentes estrategias de control aplicadas en hornos cementeros rotatorios, sistema donde se da la fabricación de clínker, material indispensable para la elaboración del cemento. Esta exploración menciona estudios que se han desarrollado desde los años ochenta hasta el presente, destacando en cada una la metodología de control utilizada, los beneficios obtenidos en el proceso y sus futuras aplicaciones, esto con el fin de brindar al lector una visión global del uso de técnicas de control para hornos cementeros rotatorios y de cómo los avances científicos, con el paso de los años, han contribuido a esta industria en la eficiencia y mejora de sus procesos productivos; por tanto, se mencionan aportes y métodos de control como sistemas expertos (SE), control predictivo basado en modelo (MPC), redes neuronales artificiales y lógica difusa. Al finalizar la mencionada revisión se infiere que tecnologías de inteligencia artificial y de la industria 4.0 que se tienen actualmente como la computación en la nube, el procesamiento de grandes volúmenes de datos, el uso de los gemelos digitales, la ejecución de algoritmos de aprendizaje automático (machine learning) y sus herramientas de predicción, junto con la aplicación de SE y demás técnicas de control mencionadas, permitirían realizar un control avanzado, que pueda responder de forma satisfactoria a las necesidades de producción actuales y ofrecer múltiples beneficios como el tiempo de respuesta del control, la estabilidad, y mejoras en producción y calidad del material en un horno rotatorio.

Abstract This article presents a review of research carried out using different control strategies applied in rotary cement kilns, a system where clinker is manufactured, an essential material for cement production. This exploration mentions studies that have been developed from the eighties to the present, highlighting in each one the control methodology used, the benefits obtained in the process and its future applications, this in order to provide the reader with a global vision of the use of control techniques for rotary cement kilns and how scientific advances, over the years, have contributed to this industry in the efficiency and improvement of its production processes; therefore, contributions and control methods such as expert systems (ES), model predictive control (MPC), artificial neural networks and fuzzy logic are mentioned. At the end of the aforementioned review, it is inferred that artificial intelligence and industry 4.0 technologies that are currently available such as cloud computing, the processing of large volumes of data, the use of digital twins, the execution of machine learning algorithms and it’s prediction tools, together with the application of ES and other control techniques mentioned, would allow advanced control, which can respond satisfactorily to current production needs and offer multiple benefits such as response time control, stability, and improvements in production and material quality in a rotary kiln.