Revista Ingenierías Universidad de Medellín

Editorial

Drinking Water for Domestic Use: Life Cycle Analysis and Hypothetical Environmental Management Scenarios for the City of Pereira, Colombia

Resumen En este estudio se caracterizan los impactos ambientales asociados al ciclo de vida de 1 m3 de agua potable en Pereira, Colombia. Se analizaron cuatro escenarios: un escenario base y tres escenarios ambientales hipotéticos. Se describió el ciclo de vida, se hizo el inventario de flujos de materia y energía y se establecieron los impactos ambientales de punto medio y punto final del escenario base mediante la aplicación del método Impact 2002+, asimismo, se definieron los impactos ambientales de tres escenarios hipotéticos. Los resultados determinaron que los procesos relacionados con la producción de agua potable generaron la mayor cantidad de impactos negativos del ciclo (75-100 %) en 12 de las 15 categorías de punto medio en el escenario base. Asimismo, en dicho escenario el agua potable contribuyó al 56 % del impacto de punto final. Por otra parte, impulsar la reducción del 20 % en el consumo de agua junto con el tratamiento de las aguas residuales sería el mejor escenario futuro, tanto para reducir impactos de punto medio, como para reducir los de punto final.

Abstract In this study, the environmental impacts associated with the life cycle of 1 m3 of drinking water in Pereira, Colombia were characterized. Four scenarios were analyzed: a baseline scenario and three hypothetical environmental scenarios. The life cycle was described, the inventory of matter and energy flows was made, and the environmental impacts of the midpoint and endpoint of the baseline scenario were established using the Impact 2002+ method, the environmental impacts of three hypothetical scenarios were defined also. The results determined that the processes related to the production of drinking water generated most of the negative impacts of the cycle (75-100 %) in 12 of the 15 categories of midpoint in the baseline scenario. Likewise, in this scenario, drinking water contributed 56 % of the endpoint impact. On the other hand, promoting a 20 % reduction in water consumption along with the treatment of wastewater would be the best future scenario, both to reduce mid-point impacts and to reduce end-point impacts.

Resumo Neste estudo, caracterizamos os impactos ambientais associados ao ciclo de vida de 1 m3 de água potável em Pereira, na Colômbia. Quatro cenários foram analisados: um cenário-base e três cenários ambientais hipotéticos. Descreveu-se o ciclo de vida, fez-se um inventário de fluxos de matéria e energia e estabeleceram-se os impactos ambientais orientados a ponto médio e a ponto final do cenário-base por meio da aplicação do método Impact 2002+. De igual forma, definiram-se os impactos ambientais de três cenários hipotéticos. Os resultados determinaram que os processos relacionados com a produção de água potável geraram a maior quantidade de impactos negativos do ciclo (75-100 %) em 12 das 15 categorias de ponto médio no cenário-base. Do mesmo modo, em tal cenário a água potável contribuiu em 56 % do impacto de ponto final. Por outro lado, incentivar a redução de 20 % do consumo de água juntamente com o tratamento das águas residuais seria o melhor cenário futuro - tanto para reduzir impactos de ponto médio quanto para reduzir os de ponto final.

Improvement of Environmental and Energetic Performance of Social Housing in Medellin by Using Modified Ceramic Bricks

Resumen La vivienda es un elemento que atiende funciones sociales, culturales, de seguridad, salud y bienestar de los individuos; el Estado es el responsable de garantizar el acceso de la población a esta. La construcción, operación y demolición de las viviendas genera impactos ambientales significativos que reducen su desempeño ambiental y energético. Dicho desempeño se podría optimizar a lo largo de su ciclo de vida con la adopción de elementos de construcción sostenible, que en el contexto de la vivienda de interés prioritario de Medellín, comienzan a ser una demanda de los habitantes de las viviendas por los ahorros en costos de servicios públicos, confort térmico y calidad de vida. Este artículo de investigación demuestra que el uso de ladrillos modificados constituye una oportunidad para minimizar el consumo de recursos naturales no renovables -como la arcilla y el carbón- empleados tradicionalmente en la fabricación de vivienda, así como para recuperar, reciclar y reintegrar recursos alternativos provenientes de fuentes secundarias, como los residuos sólidos urbanos. Se demostró que es posible, contribuir no solo a la disminución de la huella de carbono de la vivienda de interés prioritario, sino también a la generación de un conjunto de externalidades, entre las que destacan la innovación y desarrollo tecnológico, nuevos procesos industriales y modelos de negocio, mayor rentabilidad y competitividad empresarial, responsabilidad social, disminución en la generación de impactos ambientales -como la contaminación del aire y en los efectos asociados a la salud pública.

Abstract Housing seeks to cover people's basic needs by attending to social, cultural, security, health and well-being functions. The State is responsible of ensuring access to housing. Construction, operation and demolition of houses generates significant environmental impacts that reduce environmental and energetic performance. Performance could be optimized along the life-cycle of the construction by adopting principles of sustainable construction, which in the context of the low-income housing of Medellin, have begun to be demanded by their inhabitants as a matter of savings for public services, thermal comfort and quality of life. This research article shows that the use of modified ceramic brick is an opportunity to minimize consumption of nonrenewable natural resources such as clay and coal -traditionally used in housing manufacture, as well as to recover, recycle and reintegrate alternative resources from secondary sources such as urban solid wastes. This does not only reduce carbon footprint of the low-income houses, but also generates externalities which stand out in innovation and technological development, new industrial processes and business models, greater profitability and enterprise competitiveness, social responsibility, minimization of environmental impacts such as air pollution, and effects on public health that are associated.

Resumo A moradia é um elemento que atende funções sociais, culturais, de segurança, saúde e bem-estar dos indivíduos; o Estado é o responsável por garantir o acesso à moradia para a população. A construção, a operação e a demolição das habitações geram impactos ambientais significativos que reduzem seu desempenho ambiental e energético. Tal desempenho poderia ser otimizado ao longo de seu ciclo de vida com a adoção de elementos de construção sustentável que, no contexto da habitação de interesse social em Medellín, começa a ser uma demanda dos habitantes por causa da economia nos gastos com serviços públicos, da comodidade térmica e da qualidade de vida. Este artigo de pesquisa mostra que o uso de tijolos modificados constitui uma oportunidade para minimizar o consumo de recursos naturais não renováveis - como a argila e o carbono - tradicionalmente empregados na fabricação de habitações, assim como para recuperar, reciclar e reintegrar recursos alternativos provenientes de fontes secundárias, como os resíduos sólidos urbanos. Demonstrou-se que é possível contribuir não apenas com a diminuição da emissão de carbono da habitação de interesse social, mas também com a geração de um conjunto de externalidades, entre as quais se destacam a inovação e o desenvolvimento tecnológico, novos processos industriais e modelos de negócio, maior rentabilidade e competitividade empresarial, responsabilidade social, diminuição na geração de impactos ambientais - como a contaminação do ar e nos efeitos associados à saúde pública.

Thermal Comfort in Residential Housing in Medellin

Resumen El ambiente térmico en una edificación influye en la salud, el bienestar y la productividad de las personas, así como en el consumo energético. La importancia del confort térmico en las edificaciones se reconoce desde hace décadas, no obstante, este aspecto es aún incipiente en la industria de la construcción colombiana, sobre todo en proyectos de vivienda. En esta investigación se analizó el desempeño térmico de tres tipos de vivienda comunes en la ciudad de Medellín. Para ello se calculó la temperatura operativa, el voto medio estimado (PMV) y el porcentaje estimado de insatisfechos (PPD), de acuerdo con la norma ISO 7730:2005. Los resultados mostraron que la inercia térmica de dos de los tres tipos de vivienda examinados no es suficiente para ofrecer un confort térmico adecuado, a pesar del clima templado del Valle de Aburrá. Estos resultados alertan sobre la vulnerabilidad de la población urbana en Colombia ante fluctuaciones extremas de temperatura.

Abstract The indoor thermal environment of buildings influences people's health, well-being and productivity, as well as energy consumption. The importance of thermal comfort in buildings has been recognized for decades. However, this aspect is still incipient in the Colombian construction industry, especially in housing projects. In this research, the thermal performance of three common housing types in the city of Medellin was analyzed. To do this, the operative temperature, the predicted mean vote (PMV) and the predicted percentage of dissatisfied (PPD) were calculated in accordance with ISO 7730:2005. The results showed that the thermal inertia of two of the three types of housing examined was insufficient to offer adequate thermal conditions, despite the temperate climate of the Aburra Valley. These results warn about the vulnerability of urban population in Colombia to extreme temperature fluctuations.

Resumo O ambiente térmico em uma construção influencia na saúde, no bem-estar e na produtividade das pessoas, bem como no consumo energético. A importância do conforto térmico nas edificações é reconhecida há décadas, não obstante, esse aspecto ainda é incipiente na indústria da construção colombiana, sobretudo em projetos de habitação. Nesta pesquisa, o desempenho térmico de três tipos de habitação comuns na cidade de Medellín foi analisado. Para isso, calculou-se a temperatura operativa, o voto médio estimado (PMV) e a porcentagem estimada de insatisfeitos (PPD), de acordo com a norma ISO 7730:2005. Os resultados mostraram que a inércia térmica de dois dos três tipos de habitação examinados não é suficiente para oferecer um conforto térmico adequado, apesar do clima ameno do Valle de Aburrá. Esses resultados alertam sobre a vulnerabilidade da população urbana na Colômbia ante oscilações extremas de temperatura.

State of the Art: Desalination Using Membrane Technologies as an Alternative for the Problem of Fresh Water Shortage

Resumen Teniendo en cuenta la poca disponibilidad de agua dulce, el acelerado crecimiento de la población y la contaminación del recurso hídrico, es necesario buscar alternativas para aprovechar los recursos salobres y el agua contenida en los océanos. Numerosas investigaciones en el campo de los procesos de desalinización -entre los cuales se resalta la separación por membranas- han permitido volver potable el agua de mar en condiciones económicamente viables, sin grandes dificultades. El objetivo de este artículo es recopilar los principales avances a nivel mundial sobre los procesos de desalinización. Como resultado del análisis de la evidencia científica encontrada, se resaltan algunos desafíos a futuro que incluyen: el uso de fuentes de energía renovable en los procesos, la reducción en el uso de productos químicos, el uso de materiales innovadores para las membranas, la búsqueda de soluciones de pretratamiento más efectivos y rentables, y la disminución del costo total del agua para el consumidor.

Abstract Considering the scarce availability of fresh water, the accelerated growth of population and the contamination of water resources, it is necessary to look for alternatives to take advantage of the brackish resources and water from the oceans. Numerous investigations in the field of desalination processes -emphasizing in the separation by membranes-, have allowed the potabilization of sea water in economically viable conditions and without major problems. The objective of this article is to compile the main advances worldwide regarding desalination processes. As a result of the analysis of the scientific evidence found, some future challenges are highlighted, which include: use of renewable energy sources in the processes, reduction in the use of chemical products; use of innovative materials for membranes, the search for more effective and profitable pretreatment solutions, and reduction of the total cost of water for the consumer.

Resumo Ao considerar a pouca disponibilidade de água doce, o acelerado crescimento da população e a contaminação do recurso hídrico, é preciso buscar alternativas para aproveitar os recursos salubres e a água contida nos oceanos. Numerosas pesquisas no campo dos processos de dessalinização -entre os quais se destaca a separação por membranas- permitiram tornar a água do mar potável em condições economicamente viáveis, sem grandes dificuldades. O objetivo deste artigo é reunir os principais avanços mundiais sobre os processos de dessalinização. Como resultado da análise da evidencia científica encontrada, destacam-se alguns dos desafios futuros, que incluem: o uso de fontes de energia renovável nos processos, a redução no uso de produtos químicos, o uso de materiais inovadores para as membranas, a busca por soluções de pré-tratamento mais efetivas e rentáveis e a diminuição do custo total da água para o consumidor.

Degradation of Ethylene Glycol Through Photo-Fenton Heterogeneous System

Abstract This work describes the ethylene glycol degradation in a photo-Fenton heterogeneous system. Iron-doped TiO2 photocatalysts prepared by different methods (incipient wet impregnation and sol-gel method), as well as the corresponding un-doped material were examined in this process. Different values of initial pH and H2O2 concentration were tested during the experiments. A lower photoactivity was observed for the un-doped materials than for the Fe-doped materials. Optimum results of initial pH and H2O2 concentrations were found to be 3.0 and 1,000 mg/L, respectively. Furthermore, the highest degradation percentage of ethylene glycol (61 %) was achieved for the material synthetized by sol-gel method. Such catalytic performance is explained on the basis of structural/morphological and electronic characterization results, reached by XRD, UV-vis DRS and XPS techniques. To the best of our knowledge, this is the first report related with the ethylene glycol degradation using Iron-doped TiO2 in a photo-Fenton heterogeneous system.

Resumen Este trabajo describe la degradación de etilenglicol en un sistema foto-Fenton heterogéneo. Se evaluó la actividad fotocatalítica de materiales sin dopar y dopados con Fe, preparados por los métodos sol-gel e impregnación húmeda-incipiente. Los ensayos se llevaron a cabo a diferentes valores iniciales de pH y concentración de H2O2. La fotoactividad de los materiales no dopados fue menor que la obtenida con aquellos dopados con Fe. Los valores óptimos para el pH y la concentración de H2O2 fueron 3,0 y 1.000 mg/L, respectivamente. El mayor porcentaje de degradación de etilenglicol (61 %) se logró con el material sintetizado por el método sol-gel. Dicho desempeño fotocatalítico se explicó con base en los resultados de caracterización estructural, morfológica y electrónica obtenidos por XRD, UV-vis DRX y XPS. De acuerdo con nuestro mejor conocimiento, este es el primer reporte relacionado con la degradación de etilenglicol usando TiO2 dopado con Fe en un sistema foto Fenton heterogéneo.

Resumo Este trabalho descreve a degradação do etilenoglicol em um sistema foto-Fenton heterogéneo. Fotocatalisadores de TiO2 dopados com ferro e preparados por diferentes métodos (impregnação incipiente do ponto úmido e método sol-gel), assim como o material não dopado correspondente foram examinados nesse processo. Diferentes valores iniciais de pH e de concentração de H2O2 foram testados durantes os experimentos. Uma fotoatividade mais baixa foi observada para os materiais não dopados em comparação aos materiais dopados de ferro. Os resultados ideais iniciais de pH e de concentração de H2O2 encontrados foram 3,0 e 1000 mg/L, respectivamente. Além disso, o percentual de degradação mais alto de etilenoglicol (61 %) foi alcançado para o material sintetizado pelo método sol-gel. Tal desempenho catalítico é explicado com base em resultados de caracterização estrutural/morfológica e eletrônica, alcançados por técnicas de XRD, UV-vis DRS e XPS. Dentro do nosso conhecimento, este é o primeiro relatório com respeito à degradação do etilenoglicol com uso de TiO2 dopado de ferro em um sistema foto-Fenton heterogéneo.

Changes in the Chemical Structure of High-Density Polyethylene when Undergoing Multiple Reprocessing

Resumen En este artículo, que presenta los resultados originales de una investigación financiada por Colciencias y la Facultad de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales, se identifican los cambios en la estructura química del polietileno de alta densidad grado extrusión y grado inyección después de ser sometidos a cinco reprocesamientos en procesos de extrusión, inyección y extrusión/inyección. La identificación de los cambios se realiza a través de la comparación del espectro FTIR con los reportados en diferentes referencias bibliográficas. Los espectros FTIR fueron obtenidos mediante un espectrómetro ATR Platinum. La degradación térmica fue mayor en el proceso de extrusión/inyección, seguido por inyección, extrusión, extrusión a 80 rpm y extrusión a 20 rpm. Se concluye que existe una baja degradación del polietileno de alta densidad después de ser reprocesado en cinco ciclos, se evidencia así la aparición del grupo carbonilo, grupos vinilo y grupo COC.

Abstract In this paper, which presents the original results of a research funded by Colciencias and Facultad de Ingeniería y Arquitectura from the Universidad Nacional de Colombia, headquarters Manizales, publishes the changes of high-density polyethylene extrusion and injection grade identified after being subjected to five reprocessing processes in extrusion, injection and extrusion/ injection. The identification of the changes is made through the comparison of the FTIR spectrum with those reported in different bibliographical references. The spectra were obtained by means of a Platinum ATR spectrometer. The thermal degradation was greater in the extrusion/injection process, followed by injection, extrusion at 80 rpm and extrusion at 20 rpm. It is concluded that there is a low degradation of high-density polyethylene after being reprocessed in five cycles, evidencing the appearance of the carbonyl group, vinyl groups and COC group.

Resumo Neste artigo, que apresenta os resultados originais de uma pesquisa financiada por Colciencias e pela Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales, são identificadas as mudanças na estrutura química do polietileno de alta densidade grau extrusão e grau injeção depois de serem submetidos a cinco reprocessamentos em processos de extrusão, injeção e extrusão/injeção. A identificação das mudanças é realizada por meio da comparação do espectro FTIR com o que foi relatado em diferentes referências bibliográficas. Os espectros FTIR foram obtidos por meio de um espectrômetro ATR Platinum. A degradação térmica foi maior no processo de extrusão/injeção, seguido por injeção, extrusão, extrusão a 80 rpm e extrusão a 20 rpm. Conclui-se que existe uma baixa degradação do polietileno de alta densidade depois de ser reprocessado em cinco ciclos, assim fica evidente o surgimento do grupo carbonila, grupos vinilo e grupo COC.

Technology Trends of Leachate Treatment in Ibero-American Landfills

Resumen Este artículo identifica y analiza las tendencias en los enfoques y tecnologías de depuración del lixiviado utilizadas a nivel mundial e implementadas en rellenos sanitarios Iberoamericanos. Se utilizó una metodología de búsqueda sistemática de literatura entre los años 1990-2016. Se empleó también un índice de frecuencia de citación bibliográfica con el fin de establecer un orden de importancia promedio mediante cuartiles (Q) para los enfoques y tecnologías detectadas en las bases de datos consultadas. Los resultados permiten identificar seis enfoques principales de depuración en Iberoamérica: biológico (49,5 %) > térmico (17,0 %) > natural (9,80 %) > fisicoquímico (9,60 %) > membranas (8,90 %) > recirculación (5,20 %). Se observa también una mayor frecuencia de citación del enfoque biológico a nivel Iberoamericano (49,5 %) que a nivel mundial (34,1 %). Los hallazgos sugieren el siguiente orden de importancia para las principales tecnologías de depuración en Iberoamérica: combinación con aguas residuales (Q3) > lodos activados (Q3) > aireación (Q4) > humedales artificiales (Q4) > recirculación (Q4). En promedio, la tecnología de lodos activados exhibe probablemente una menor variación y mayores porcentajes de remoción de DBO5, DQO y N-NH4 (DBO5: 54-98 %; DQO: 44-90 %; N-NH4: 81-99 %) en relación con la tecnología de combinación con aguas residuales (DBO5: < 5,0-93 %; DQO: < 5,0-86 %; N-NH4: < 5,0-34 %). El análisis geográfico sugiere que en la zona norte iberoamericana se reportan con mayor frecuencia las tecnologías de recirculación (13,5 %) y lodos activados (10,8 %), mientras que en la zona sur se reportan más las tecnologías de humedales artificiales (24,3 %) y combinación con aguas residuales (16,2 %). En la última década de estudio (2006-2016) se reportaron con mayor frecuencia a nivel iberoamericano las tecnologías de depuración mediante humedales artificiales y lodos activados (56,7 %).

Abstract This paper identifies and analyses trends in approaches and technologies of leachate treatment used worldwide and implemented in Ibero-American landfills. A methodology of systematic literature research between 1990-2016 was used. A bibliographic citation frequency index was also used to establish an average order of importance using quartiles (Q) for the approaches and technologies detected in the databases consulted. The results allowed to identify six main treatment approaches in Ibero-America: Biological (49.5 %) > thermal (17.0 %) > natural (9.80 %) > physicochemical (9.60 %) > membranes (8.90 %) > recirculation (5.20 %). There is also a higher citation frequency of the biological approach in Ibero-America (49.5 %) compared to its worldwide citation frequency (34.1 %). The findings suggest the following order of importance for the main treatment technologies in Ibero-America: Combination with wastewater (Q3) > activated sludge (Q3) > aeration (Q4) > artificial wetlands (Q4) > recirculation (Q4). On average, activated sludge technology possibly exhibits lower variation and higher removal rates of BOD5, COD, and N-NH4 (BOD5: 54-98 %; COD: 44-90 %; N-NH4: 81-99 %) in relation with the technology of combination with wastewater (BOD5: < 5.0-93 %; COD: < 5.0-86 %; N-NH4: < 5.0-34 %). Geographical analysis suggests that the technologies of recirculation (13.5 %) and activated sludge (10.8 %) are most frequently reported in northern Ibero-America, while in southern Ibero-America the most frequently reported are technologies of artificial wetland (24.3 %) and combination with wastewater (16.2 %). In the last decade of study (2006-2016), treatment technologies using artificial wetlands and activated sludge were most often reported in Ibero-America (56.7 %).

Resumo Este artigo identifica e analisa as tendências nas abordagens e tecnologias de depuração do lixiviado utilizadas mundialmente e implementadas em aterros sanitários ibero-americanos. Utilizou-se uma metodologia de busca sistemática de literatura entre os anos 1990-2016. Empregou-se também um índice de frequência de citação bibliográfica com o objetivo de estabelecer uma ordem de importância média a partir de quartis (Q) para as abordagens e tecnologias detectadas nas bases de dados consultadas. Os resultados permitem identificar seis abordagens principais de depuração na Ibero-América: biológica (49,5 %) > térmica (17,0 %) > natural (9,80 %) > físico-química (9,60 %) > membranas (8,90 %) > recirculação (5,20 %). Observa-se também uma maior frequência de citação da abordagem biológica a nível ibero-americano (49,5 %) do que mundialmente (34,1 %). As descobertas sugerem a seguinte ordem de importância para as principais tecnologias de depuração na Ibero-América: combinação com águas residuais (Q3) > lodos ativados (Q3) > aeração (Q4) > áreas úmidas artificiais (Q4) > recirculação (Q4). Em média, a tecnologia de lodos ativados exibe provavelmente uma menor variação e maiores porcentagens de remoção de DBO5, DQO e N-NH4 (DBO5: 54-98 %; DQO: 44-90 %; N-NH4: 81-99 %) em comparação com a tecnologia de combinação com águas residuais (DBO5: < 5,0-93 %; DQO: < 5,0-86 %; N-NH4: < 5,0-34 %). A análise geográfica sugere que na zona norte ibero-americana as tecnologias de recirculação (13,5 %) e lodos ativados (10,8 %) são reportadas com maior frequência, ao passo que na zona sul as tecnologias de áreas úmidas artificiais (24,3 %) e combinação com águas residuais (16,2 %) são as mais reportadas. Na última década de estudo (2006-2016), as tecnologias de depuração por meio de áreas úmidas artificiais e lodos ativados (56,7 %) foram mencionadas com maior frequência no contexto ibero-americano.

Study of the Effect of the Geometry of a Typical Solar Dryer for Coffee Using CFD

Resumen El objetivo de la presente fue modelar el comportamiento térmico de un secador solar típico para café tomando en consideración algunas configuraciones geométricas en la apertura de ventanas, en pos de mejorar las condiciones de secado natural al interior de la estructura. El modelo se simuló con datos experimentales en un secador solar típico en Colombia con Ansys CFX®. Los resultados mostraron que la geometría con una apertura del 25 % en la ventana para la salida del aire aumentó la temperatura sobre la capa de café hasta 4,2 °C con respecto a la temperatura ambiente, lo cual garantiza uniformidad en el secado, mientras la geometría típica con una apertura del 100 % aumentó la temperatura hasta 3,6 °C, no obstante, con ambas aperturas se aumentó la humedad relativa sobre la capa de café hasta 0,7 % con respecto a la humedad relativa ambiental. Con la apertura máxima de las ventanas disminuyó la humedad relativa del aire.

Abstract The objective of the present investigation was to computationally model a typical solar dryer for coffee, considering some alternative geometric configurations in the opening of windows to improve the thermal conditions within the drying structure which enable the water removal process of wet parchment coffee. The model was simulated in Ansys CFX® software. Simulation results showed that the geometry with an opening of 25 % in the air output window increased temperature in the coffee layer to 4.2 °C over room temperature, guaranteeing uniform drying, whereas the typical geometry with a 100 % opening increased temperature to 3.8 °C. When the maximum window opening for input and output of air was used, the relative humidity of air within the dryer decreased in comparison with the other geometries.

Resumo O objetivo do presente trabalho foi modelar o comportamento térmico de um secador solar típico para café ao levar em consideração algumas configurações geométricas na abertura de janelas, a fim de melhorar as condições de secagem natural no interior da estrutura. O modelo foi simulado com dados experimentais em um secador solar típico na Colômbia com Ansys CFX®. Os resultados mostraram que a geometria com uma abertura de 25 % na janela para saída do ar aumentou a temperatura sobre a camada de café até 4,2 °C com respeito à temperatura ambiente, o que garante uniformidade na secagem, ao passo que a geometria típica com uma abertura de 100 % aumentou a temperatura até 3,6 °C, não obstante, com ambas as aberturas houve um aumento da umidade relativa sobre a camada de café de até 0,7 % em comparação com a umidade relativa ambiental. Com a abertura máxima das janelas a umidade relativa do ar diminuiu.

Real-Time Emulator of Wind Turbine with MPPT

Resumen En este trabajo se presenta el diseño e implementación de un banco de emulación de turbinas eólicas; el banco propuesto tiene en cuenta la dinámica de la extracción de energía efectiva del viento que se modela matemáticamente. El motor emula el movimiento giratorio debido a la energía del viento, lo cual genera perfiles de velocidad angular según el par medido por un sensor de par en el eje de acople entre el motor DC y el generador síncrono de imanes permanentes. Adicionalmente, se creó un experimento de prueba compuesto por un convertidor elevador controlado al cual se le aplica un algoritmo de extracción de máxima potencia, con el fin de validar el funcionamiento del banco motor DC y el generador síncrono de imanes permanentes al emular la dinámica de un generador eólico equivalente.

Abstract In this paper, the design and implementation of a wind turbine emulator bank is proposed. The bank takes into account the dynamics of the extraction of effective wind energy. This dynamic is modelled mathematically. The DC motor emulates the rotary movement due to wind energy, generating the angular velocity profiles according to the torque measured by a torque meter on the coupling shaft between the DC motor and the permanent magnet synchronous generator. Additionally, the paper presents a test experiment that consists of a controlled boost converter to which a maximum power extraction algorithm is applied in order to validate the operation of the DC motor-permanent magnet synchronous generator bank.

Resumo Neste trabalho, apresenta-se o desenho e implementação de um banco de emulação de turbinas eólicas; o banco proposto leva em consideração a dinâmica da extração de energia efetiva do vento que é modelada matematicamente. O motor emula o movimento giratório devido à energia do vento, o que gera perfis de velocidade angular de acordo com o par medido por um senso de par no eixo de encaixe entre o motor DC e o gerador síncrono de imãs permanentes. Adicionalmente, criou-se um experimento de prova composto por um conversor elevador controlado ao que é aplicado um algoritmo de extração de máxima potência, com o objetivo de validar o funcionamento do banco motor DC e do gerador síncrono de imãs permanentes ao emular a dinâmica de um gerador eólico equivalente.

Passivity-Based Control with an Adaptive Strategy of an Energetic Storage System for a DC Nano Grid

Resumen El creciente interés en el desarrollo de las micro-redes ha impulsado un gran número de investigaciones que pretenden mejorar su desempeño para una posterior industrialización. Por este motivo, este artículo presenta el modelamiento, diseño de control y resultados de simulación de un sistema de almacenamiento energético para una nano-red DC, el cual permite almacenar energía en las baterías o extraerla de ellas, según sea el estado de las cargas y las fuentes de la nano-red. Este dispositivo se construye a partir de un convertidor bidireccional DC-DC no aislado, para el que se desarrolla su modelo y posterior estrategia de control basada en pasividad, acompañada de un mecanismo adaptativo que le permite estimar algunos de sus parámetros y cambios. Se presentan los resultados de simulación entre los cuales destaca la rápida respuesta del sistema, su robustez ante perturbaciones y la contribución a la regulación de la tensión del bus DC de la nano-red.

Abstract The growing interest in the development of micro-grids has led to a large number of research projects, in order to improve their performance for further industrialization. For this reason, this paper presents the modeling, control design and simulation results of an energy storage system for a DC nano-grid. This device allows storing energy in the batteries or extract it from them, depending on the load and state of the nano-grid sources. This equipment is built from a nonisolated DC-DC bidirectional converter, for which its model and control strategy based on passivity, accompanied by an adaptive mechanism that estimates some parameters of the system are developed. The simulation results are presented, highlighting the fast response of the system, its robustness facing disturbances and its contribution to the regulation of the DC bus voltage of the nano-grid.

Resumo O crescente interesse no desenvolvimento das microrredes impulsionou muitas pesquisas que pretendem melhorar seu desempenho para uma posterior industrialização. Por esse motivo, este artigo apresenta a modelagem, desenho de controle e resultados de simulação de um sistema de armazenamento energético para uma nanorrede DC, que permite armazenar energia nas baterias ou extraí-la das baterias, de acordo com o estado das cargas e das fontes da nanorrede. Esse dispositivo é construído a partir de um conversor bidirecional DC-DC não isolado, para o qual se desenvolve o modelo e posterior estratégia de controle baseada em passividade, acompanhada de um mecanismo adaptativo que o permite estimar alguns de seus parâmetros e alterações. Apresentam-se os resultados de simulação entre os quais se destaca a rápida resposta do sistema, sua robustez ante perturbações e a contribuição para a regulação da tensão do ônibus DC da nanorrede.