Ingenius. Revista de Ciencia y Tecnología

Resistance effect estimation in the short circuit current through a sensitivity analysis

Resumen El cálculo de los valores de corriente que fluyen en un sistema eléctrico de potencia (SEP) posterior a una falla, se denomina análisis de falla o de cortocircuito. Los valores de la corriente de cortocircuito son empleados para el dimensionamiento de los equipos de protección del SEP. Los análisis de cortocircuito tienen como una de sus premisas despreciar la resistencia eléctrica de los elementos del sistema, pues esta no afecta en mayor medida las magnitudes de las corrientes de cortocircuito. En este trabajo se propone cuantificar el efecto de la resistencia eléctrica de los elementos del SEP en la magnitud de la corriente de cortocircuito, mediante un análisis de sensibilidad (AS)e incertidumbre (AI). El AS se basa en la descomposición de la varianza de una variable de salida y puede cuantificar los efectos principales (importancia) y las interacciones de las variables consideradas. Por otro lado, el AI permite evaluar cómo las variaciones en las variables consideradas afectan la salida. La propuesta se ilustra sobre dos redes de la literatura, considerando fallas trifásica y monofásica. El resultado de nuestra propuesta muestra numéricamente que los efectos debidos a considerar la resistencia eléctrica son de hecho insignificantes, en comparación con el resto de los factores que intervienen en el análisis de cortocircuito. El resultado coincide con las premisas de cálculo de las corrientes de falla supuestas en la literatura.

Abstract The assessment of the current in an electrical power system (EPS) after a fault, is generally termed short circuit analysis. The magnitude of those currents is used for dimensioning the protection equipment of the EPS. Short-circuit analysis assumes that the electrical resistances of the components can be neglected, since they do not significantly affect the magnitude of the short-circuit currents. This work quantifies the effect of the electrical resistance of the elements of the EPS on the magnitude of the short-circuit current, by means of sensitivity (SA) and uncertainty (UA) analyses. The SA is based on the variance decomposition of an output variable, and can quantify the main effects (importance) and the interactions of the variables considered. On the other hand, The UA allows assessing how the variations in the variables considered affect the output. The proposed approach is illustrated on two networks from the literature, considering three-phase and single-phase faults. The results of such proposed approach numerically show that the effects due to taking into account the electrical resistance are indeed negligible, when compared to the rest of variables considered in the short-circuit analysis. This result coincide with the assumptions reported in the literature for the calculation of the fault currents.

Moisture in concrete aggregates and its relation to the dielectric constant

Resumen Medir el contenido de humedad (CH) de los agregados de concreto (ADC) en la fabricación de concreto premezclado es uno de los retos actuales en la industria de la construcción porque afecta a las propiedades finales del concreto. Actualmente los métodos que se utilizan para medir el CH en ADC son invasivos y destructivos. Este artículo presenta una técnica moderna basada en espectroscopía dieléctrica (ED), un método que al propagar microondas en el material correlaciona su constante dieléctrica (CD) y su CH. En esta investigación se ha utilizado este método en ADC. Tres diferentes canteras peruanas de ADC (Moyobamba, Sol-Sol y Cerro Mocho) han sido utilizadas. Los resultados demuestran que el sensor a una frecuencia de 1.5 GHz es capaz de detectar el CH en ADC con una regresión lineal de R2=95%. En conclusión, se puede utilizar la ED como un método de sensado no invasivo y en línea de CH en ADC para ser utilizado en la industria de la construcción.

Abstract Measurement of moisture content (CH) of concrete aggregates (AOC) in the manufactury of ready mixed concrete is one of the currently challenges in the building industry since affect to the final properties of concret. At present, the methods for measurement of CH in AOC are invasive and destructive. This paper presents a novel sensing technique using dielectric espectroscopy (ED), a method that using the propagation of microwaves on the material allows the correlation of its dielectric constant (CD) and its CH. In this research is used this method in AOC. Three diferents peruvian quarries (Moyobamba, Sol sol y Cerro Mocho) have been used. The results shows that the sensor at the frequency of 1.5GHz is capable of detecting the CH in AOC with linear regression of R2 = 95%. In conclusion, is available using the ED as a online and no invasive sensing method of CH in AOC for using in the building industry.

Prototipado rápido en la fabricación de moldes impresos en 3D para soplado de plástico

Abstract In the Salvadoran industry, we can find entrepreneurs and microentrepreneurs who do not have the resources to make plastic bottles with stylized designs that differentiate them from other brands and products, which prevents them from escalating to other market segments or international markets, slows the growth of their business. One possible cause is that the manufacture of blow molds requires a very expensive initial investment. However, there are alternatives such as the manufacture of low-run molds, which have lower resolution and shorter life time, but, at the same time, offer as a benefit a lower manufacturing cost and, therefore, lower acquisition cost for the entrepreneur, opening in this way the opportunity to be able to produce stylized bottles at convenience. Among the various ways to manufacture low-run molds, there is the reverse engineering technique, which requires rapid prototyping equipment. This article describes the reverse engineering procedure to generate the mold for blowing. With the available design the necessary mold was printed and with this, the bottles were manufactured, which were scanned to verify with computer program their dimensions comparing them against the original mold file. Simultaneously, the containers were verified in the industrial metrology laboratory to validate the computer results, these results are presented in the document.

Resumen En la industria salvadoreña pueden encontrarse empresarios y microempresarios que no tienen los recursos para fabricar botellas de plástico con diseños estilizados que los diferencien de otras marcas y productos, lo que les impide escalar a otros segmentos de mercado o mercados internacionales, frenando el crecimiento de sus negocios. Una posible causa es que la fabricación de moldes de soplado requiere una inversión inicial muy costosa. Sin embargo, existen alternativas como la fabricación de moldes de bajo rendimiento, que tienen una resolución más baja y un tiempo de vida más corto, pero, al mismo tiempo, ofrecen como beneficio un menor costo de fabricación y, por lo tanto, un menor costo de adquisición para el empresario, posibilitando la producción de botellas estilizadas a conveniencia. Entre las diversas formas de fabricar moldes de bajo rendimiento está la técnica de ingeniería inversa, que requiere un equipo de creación rápida de prototipos. Este artículo describe el procedimiento de ingeniería inversa para generar el molde para soplado. Con el diseño disponible se imprimió el molde necesario y con esto se fabricaron las botellas, que se escanearon para verificar con el programa de computadora sus dimensiones comparándolas con el archivo original del molde. Simultáneamente, los contenedores se verificaron en el laboratorio de metrología industrial para validar los resultados de la computadora, estos resultados se presentan en el documento.

Proposal for implantation of coffee drying greenhouse with parabolic cover and adapted modular structure

Abstract The present work proposes a greenhouse for coffee drying, constituted by a parabolic solar cover and adapted modular structure. It started with a planimetric survey made using different engineering and architecture software, such as: SolidWorks y Revit Architecture. For the experiment, reverse engineering principles based on an existing structure, were used to develop a modular coupling model, in order to establish interactions between mechanisms and structure. The study demonstrated that the design of the assembly couplings facilitates their mobilization, reduces costs and allows the application of accessible materials for the solar parabolic dryer (marquee). Also, the coffee drying curves in a parabolic type solar dryer and their time are shown in Statgraphics. The result of the model with modular armature couplings was correctly associated with the existing experimental results, allowing to compare the time and efficiency of the coffee drying.

Resumen El presente trabajo propone un invernadero destinado al secado de café formado por una cubierta solar parabólica y estructura modular adaptada. Se inició a través de un levantamiento planimétrico elaborado por diferentes softwares de ingeniería y arquitectura como: SolidWorks y Revit Architecture. Para el experimento se utilizó principios de ingeniería inversa, tomando como base, una estructura ya existente para desarrollar un modelo de acople modular, con el fin de establecer interacciones entre mecanismos y estructura. El estudio demostró que el diseño de los acoples de armado, facilitan su movilización, reducen costos y permiten la aplicación de materiales accesibles para el secador parabólico solar (marquesina), adicionalmente se presentan curvas de secado de café en un secador solar tipo parabólico y su tiempo representados en Statgraphics. El resultado del modelo con acoples de armado modular se asoció correctamente con resultados experimentales existentes, permitiendo realizar comparaciones entre tiempo y eficiencia del secado de café.

Control of a system of energy based on flywheel to mitigate the voltage gaps at the point of common coupling

Abstract This article presents the design of a power system based on flywheel to mitigate voltage sags. With this system the power quality is improved at a point in a distribution network, which is subject to the random connection of electric machines. For this purpose, the power distribution system is modeled, the power supply system which is composed of an electric machine with flywheel, the bidirectional energy conversion system and the current, voltage and speed control system. The designed system enables supplying a power of 22.8 kW and capacity of 1.2 Wh, compensating the transients produced by the loads connected to the network.

Resumen Este artículo presenta el diseño de un sistema de energía basado en volante de inercia para mitigar los huecos de tensión. Con el sistema se mejora la calidad de energía en un punto de una red de distribución, el cual está expuesto a la conexión aleatoria de máquinas eléctricas. Para ello, se modela el sistema de distribución de energía, el sistema de inyección de energía que está compuesto por una máquina eléctrica con volante de inercia, el sistema de conversión de energía bidireccional y el sistema de control de corriente, voltaje y velocidad. El sistema diseñado permite inyectar una potencia de 22.8 kW y capacidad de 1.2 Wh, compensando los transitorios producidos por las cargas conectadas a la red.

Detection of sudden cardiac death using the adaptive spectral method on the t wave: an experimental study on public databases

Abstract T-wave alternans (TWA) analysis is one of the main techniques for determining whether an individual is at risk of sudden cardiac death (SCD). Among the existing methods for determining TWA is the adaptive spectral method (SM-Adaptive), which uses time-frequency distributions (TFD) for the analysis. The objective of the study is to apply the method on main public databases in order to detect the presence or absence of alternations, and to obtain quality parameters of the aforementioned method. The method was tested on synthetic signals, 90 signals without TWA and 450 with TWA; on the other hand, 10 signals from Physionet’s TWADB database belonging to healthy patients and 26 signals from patients with risk factors associated to SCD were used. Tests with synthetic signals showed a sensitivity of 94.89%, specificity of 92.22% and accuracy of 94.44%. As for the tests in the database, the method exhibits an accuracy of 80.56%, which indicates that the SM-Adaptive method enables detecting TWA with an acceptable accuracy and, in addition, it shows greater robustness against noise and stationary data.

Resumen El análisis de la alternancia de la onda T (TWA, T-wave alternants) constituye una de las principales técnicas para determinar la presencia del síndrome de muerte súbita cardíaca (MSC). Entre los métodos existentes para determinar TWA se encuentra el método espectral adaptativo (SM-Adaptativo), el cual utiliza distribuciones en tiempo-frecuencia (TFD, time-frecuency distribution) para el análisis. El objetivo del estudio es aplicar este método sobre las principales bases de datos públicas con el fin de detectar la presencia o ausencia de alternancias y obtener parámetros de calidad del método en mención. El método fue probado en señales sintéticas, 90 señales sin TWA y 450 con TWA; por otro lado, se utilizaron 10 señales de la base de datos TWADB de Physionet pertenecientes a pacientes sanos y 26 señales de pacientes con factores de riesgo asociados a la MSC. En las pruebas con señales sintéticas se obtuvo una sensibilidad de 94,89 %, especificidad de 92,22 % y exactitud de 94,44 %. En cuanto a las pruebas en la base de datos el método presenta una exactitud del 80,56 %, lo que indica que el método SM-Adaptativo permite detectar TWA con una exactitud aceptable, además, que presenta mayor robustez frente a ruido y a la estacionariedad de datos.

Control para el voltaje de salida de un inversor multinivel de capacitores flotantes

Abstract This paper presents the design of a robust Active Disturbance Rejection Controller (ADRC) for tracking the reference trajectory of the output voltage of a flying capacitor multilevel inverter. If the dynamics of each flying capacitor and of the passive elements of the filter are considered in the dynamic model of the converter, it results a high order model, which is difficult to control. PS-PWM modulation is used in this work to keep the voltages in the flying capacitors at their nominal values, and thereby generate a second-order simple dynamic model that is easier to control. The simulation and experimental results confirm that the controller is robust in the presence of disturbances, caused by either linear or nonlinear load changes. The experimental prototype of the complete system was built, and the implementation of the controller and the modulator was carried out in a FPGA; the results obtained are shown in the final part.

Resumen Este artículo presenta el diseño de un controlador mediante la técnica de rechazo activo de perturbaciones para el seguimiento de la trayectoria de referencia para el voltaje de salida de un inversor multinivel de capacitores flotantes. Si en el modelo dinámico del convertidor se consideran las dinámicas de cada capacitor flotante, adicionalmente, las de los elementos pasivos del filtro de salida, el modelo resultante es de un orden alto, lo que dificulta su control. En este trabajo se emplea la modulación PS-PWM para mantener los voltajes en los capacitores flotantes en sus valores nominales y de esta manera poder generar un modelo dinámico simple, que resulta ser más fácil de controlar. Los resultados de simulación y experimentales, confirman que el controlador es robusto a perturbaciones provocadas por cambios en la carga, sin importar si son de tipo lineal o no lineal. Se realizó la construcción del prototipo experimental del sistema y se implementó el controlador y modulador en un FPGA y en la parte final se muestran los resultados obtenidos.

Elaboration of the cabuya fiber in flat fabric as reinforcement matrix for the construction of a rear-view mirror

Abstract Natural fibers are becoming an efficient alternative for industrial applications. This is due to its easy accessibility in the market and for being a renewable raw material. The present work seeks to replace the cabuya as reinforcement material with polyester matrix for automotive applications with low cost and weight. This is the case of the mirrors of a vehicle, for which a base mold was manufactured. On the mold will be applied and molded the mirror on which the use of the fiber of cabuya and a polyester resin is detached. Mixtures of cobalt octoate and methyl ethyl ketone peroxide (MEKP) with natural fiber significantly reduce weight; the manufacturing cost is reduced by approximately 40% due to the ease of handling of the fiber and the acquisition of this material. The application of the cabuya is recommended for automotive applications such as the rearview mirror as it presents a considerable reduction in its weight and relatively low cost compared to the original component.

Resumen Las fibras naturales se han convirtiendo en una excelente alternativa para usos industriales. Esto se debe a su fácil accesibilidad en el mercado y por ser una materia prima renovable. El presente trabajo busca usar la cabuya como material de refuerzo con matriz poliéster para aplicaciones automotrices con bajo costo y peso. Este es el caso de los retrovisores de un vehículo, para el cual se fabricó un molde base. Sobre el molde se realizará el aplicado y moldeado del retrovisor utilizando la fibra de cabuya y una resina poliéster. Las mezclas de octoato de cobalto y peróxido de metil-etilcetona (MEKP) con la fibra natural reducen considerablemente el peso; el costo de manufactura se ve reducido aproximadamente en un 40 % debido a la facilidad de manejo de la fibra y la adquisición de este material. Se recomienda la utilización de la cabuya para aplicaciones automotrices (espejo retrovisor) ya que presenta una reducción considerable en su peso y costo relativamente bajo en comparación con el componente original.

Monitoring network to automate the cooling system of a data center

Abstract The objective of this work was to develop a monitoring network of temperature, humidity and air quality in a data center to automate the on and off switching of the cooling, ventilation and air filtering system using IoT (Internet of Things). A network with long-range wireless technology was implemented, consisting of five slave nodes, a master node and a user interface. The slave nodes periodically transmit the value of the three environment variables to the master node. The master node sends the information received from the slaves to a cloud server, so that it can be accessed from a user interface. When the value of any of the variables reaches the configured threshold, the cooling, ventilation and/or filtering system is activated as required. The tests showed that an accuracy of less than ±1.0 °C was obtained in the measurement of temperature, less than ±2 % in the measurement of humidity, less than ±8 µg/m3 in the measurement of air quality and a range of 11.5 kilometers with line of sight was achieved in data transmission over the network. Based on these results, the network can be implemented to monitor sensors and processes in other facilities with this scope.

Resumen El objetivo de este trabajo fue desarrollar una red de monitorización de temperatura, humedad y calidad del aire en un centro de datos para la automatización del encendido y apagado del sistema de enfriamiento, ventilación y filtrado de aire usando Internet de las cosas (IoT-Internet of Things). Se puso en marcha una red con tecnología inalámbrica de largo alcance compuesta por cinco nodos esclavo, un nodo maestro y una interfaz de usuario. Los nodos esclavo transmiten periódicamente al nodo maestro el valor de las tres variables de ambiente. El nodo maestro envía la información recibida de los esclavos a un servidor en la nube para poder ser accedida desde una interfaz de usuario. Cuando el valor de alguna de las variables alcanza el umbral configurado se enciende el sistema de enfriamiento, ventilación y/o filtrado de aire, según sea el caso. Las pruebas mostraron que se logró una precisión menor a ±1.0 °C en la medida de temperatura, menor a ±2 % en la medida de humedad, menor a ±8 µg/m3 en la medida de la calidad del aire y un alcance de 11.5 kilómetros con línea de vista en la transmisión de datos en la red. Según estos resultados, la red puede ponerse en funcionamiento para la monitorización de sensores y procesos en otras instalaciones con este alcance.

Numerical analisys of a water heating system using a flat plate solar collector

Abstract The aim of the present investigation was to perform a flat plate solar collector numerical analysis by CFD, in addition to a comparison with experimental results. The working fluid reached a maximum outlet temperature of 20.16 °C at 12:00, the value of solar radiation was determined for the geographical coordinates latitude -0.2252 and longitude -77.84, similarly, at this time it was possible to obtain a collector surface temperature of 27.12 °C, as a peak value. The heat transfer device lowest performance was determined at 10:00 with an outlet water temperature value and maximum temperature at the collector surface of 18.65 and 20.48 °C, respectively. The experimental results showed a maximum temperature of 20.93 °C and a minimum temperature of 19.4 °C, resulting in a 4.01 % error between the computational simulation and the experimental data.

Resumen El objetivo de la presente investigación fue realizar un análisis numérico mediante CFD de un colector solar de placa plana; además, se realizó una comparación con resultados experimentales. El fluido de trabajo alcanzó una temperatura máxima de salida de 20.16 °C a las 12:00, el valor de la radiación solar se determinó para las coordenadas geográficas latitud -0.2252 y longitud -77.84; de forma similar, en este horario fue posible obtener una temperatura de la superficie del colector de 27.12 °C, como valor pico. Se determinó el menor rendimiento del dispositivo de transferencia de calor a las 10:00 con un valor de temperatura de salida del agua y temperatura máxima en la superficie del colector de 18.65 y 20.48 °C, respectivamente. Los resultados experimentales mostraron una temperatura máxima de 20.93 °C y una temperatura mínima de 19.4 °C, derivando en un error de 4.01 % entre la simulación computacional y los datos experimentales.