Revista Politécnica

Elaboración y Caracterización de Biocomposites Basados en Residuos de Maíz y Copolímero Vinil Acrílico

Resumen: La gestión/disposición final de la coronta de maíz (CM) constituye un desafío a nivel global, debido a los elevados volúmenes de generación y su escaso aprovechamiento. Dentro del desarrollo de materiales, las características de este residuo permiten su uso como refuerzo en composites. El presente estudio tiene como finalidad la elaboración y caracterización de biocomposites con refuerzo de CM en matriz de copolímero vinil acrílico (CVA). Para el efecto, se molieron las CM, se tamizaron en dos tamaños de partícula (2.00 y 1.18 mm), y se mezclaron con resina base-acuosa de CVA. La mezcla se prensó a 80 y 120 °C para obtener láminas de 2.05 ± 0.05 mm de espesor. El análisis estadístico identificó que las características de tracción se ven influenciadas por la interacción entre el tamaño de partícula y temperatura de procesamiento. Los resultados del comportamiento mecánico evidenciaron un incremento del módulo de elasticidad en comparación con el CVA solo. Los refuerzos de 2.00 mm presentaron mayor ductibilidad, mientras que una temperatura de 120 °C, incrementó la rigidez del biocomposite. Complementariamente, se analizó el comportamiento térmico y los grupos funcionales por espectroscopía infrarroja. La calorimetría diferencial de barrido evidenció un aumento de la temperatura de transición vítrea del CVA, mientras que el análisis termogravimétrico presentó una disminución de la cinética de las reacciones térmicas de descomposición de la CM. La espectroscopía confirmó mayor presencia de CVA. Los resultados globales sugieren interacciones fuertes matriz-refuerzo, una función protectora de la matriz y su efectivo recubrimiento e imbibición en los refuerzos.

Abstract: The global management and final disposal of corn cob wastes (CCW) present a significant challenge due to not only high waste volume generation but also to underutilization in high-value-added products. From the perspective of material development, the characteristics of CCW make them suitable as reinforcements in composites with a polymeric matrix. Therefore, this study aims to prepare and characterize biocomposites with CCW reinforcement in a vinyl acrylic copolymer (VAC) matrix. In doing so, CCW underwent grinding, followed by sieving into two particle sizes (2.00 and 1.18 mm), and was then blended with VAC resin. The resulting mixture was pressed at 80 and 120 °C, yielding sheets with a thickness of 2.05 ± 0.05 mm. Statistical analysis revealed that tensile characteristics are influenced by the interaction between particle size and processing temperature. Furthermore, the mechanical behavior results demonstrated a notable increase in the modulus of elasticity compared to VAC alone. Reinforcements (2.00 mm) exhibited higher ductility, whereas a temperature of 120°C increased the rigidity of the obtained composites. Additionally, thermal and spectroscopy (functional groups) evaluations were performed. Scanning differential calorimetry revealed an increase in the glass transition temperature of VAC, while thermogravimetric analysis showed a decrease in the kinetics of CCW thermal decomposition reactions. Infrared spectroscopy confirmed a higher presence of VAC. In general, these findings suggest robust matrix-reinforcement interactions, signifying a protective role of the matrix, and effective coating and impregnation within the reinforcements.

Estimación del Tamaño de la Perturbación en una Microrred durante Eventos de Frecuencia usando Analítica de Datos Multivariantes

Resumen: Las microrredes, definidas como conjuntos de cargas interconectadas y recursos energéticos distribuidos, operan dentro de límites eléctricos claramente definidos y pueden funcionar de manera conectada o aislada respecto a la red principal. Estos sistemas enfrentan desafíos críticos de estabilidad de frecuencia, especialmente tras perturbaciones significativas como la pérdida de generación eléctrica, lo que es particularmente problemático en microrredes aisladas o sin un Esquema de Alivio de Carga (EAC) eficaz. Este trabajo presenta una novedosa metodología para estimar el tamaño de las perturbaciones durante eventos de frecuencia, la cual se integra en un EAC adaptativo. La metodología se aplica en la microrred de Galápagos Santa Cruz - Baltra, utilizando modelos de regresión lineal múltiple. Además, se complementa con un análisis de contingencias basado en simulaciones de Monte Carlo, obteniendo datos críticos como la frecuencia mínima (Nadir), la tasa de cambio de frecuencia (RoCoF), el voltaje de establecimiento (Vend) y la frecuencia de establecimiento (fend). La evaluación realizada en siete escenarios diferentes demuestra la alta efectividad de la regresión lineal múltiple para predecir el tamaño de las perturbaciones, lo que subraya su potencial para mejorar la estabilidad y confiabilidad de microrredes.

Abstract: Microgrids, defined as interconnected loads and distributed energy resources operating within clearly defined electrical boundaries, can function either connected to or isolated from the main grid. These systems face critical challenges related to frequency stability, especially following significant disturbances such as the loss of electrical generation, which is particularly problematic in isolated microgrids or those lacking an effective Load Shedding Scheme (LSS). This work presents an innovative methodology for estimating the size of disturbances during frequency events, which is integrated into an adaptive LSS. The methodology is applied to the Galápagos Santa Cruz - Baltra microgrid, using multiple linear regression models. Additionally, it is complemented by a contingency analysis based on Monte Carlo simulations, obtaining critical data such as minimum frequency (Nadir), rate of change of frequency (RoCoF), settling voltage (Vend), and settling frequency (fend). The evaluation conducted across seven different scenarios demonstrates the high effectiveness of multiple linear regression in predicting the size of disturbances, that highlights its potential to enhance the stability and reliability of microgrids.

Caracterización de Paneles de Paja y su Evaluación Estructural en una Edificación de Tres Pisos

Resumen: La crisis climática y energética actual ha resaltado la importancia de investigaciones orientadas a buscar alternativas más eficientes y menos contaminantes para cubrir las necesidades de la humanidad. La construcción de viviendas es una de ellas. A través de procedimientos establecidos en el código residencial de construcción con paja IRC y en las normas ASTM, este trabajo trata acerca de la caracterización de paneles portantes fabricados a base de paja, molduras de madera y un revoco ligero, con el objetivo de que sean utilizados como estructura en edificaciones aisladas térmicamente y seguras estructuralmente. Se han encontrado las propiedades mecánicas de los paneles mediante la ejecución de ensayos como compresión axial y tensión diagonal. Con estos datos, se creó un modelo computacional de una edificación de 3 pisos de altura, donde se propone su uso, debido a las ventajas de eficiencia energética que estas edificaciones brindan por la presencia de la paja. Se obtiene que los paneles cuentan con una resistencia a compresión y a corte de 5.92 MPa y 0.38 MPa respectivamente, con un módulo de elasticidad de 424.08 MPa y rigidez a corte de 157.11 MPa. Mediante el análisis del modelo de la edificación, se concluye que los prefabricados estudiados pueden ser utilizados de forma segura para el montaje de edificaciones de mediana altura, al presentar derivas inelásticas inferiores al 1 % y un comportamiento sismo resistente adecuado. Estos resultados permiten anticipar que es posible utilizar estos materiales menos contaminantes para la construcción de casas que fomenten la sostenibilidad.

Abstract: The current climate and energy crisis has highlighted the importance of research aimed at finding more efficient and less polluting alternatives to meet the needs of humanity. Housing construction is one of these. Through procedures established in the IRC residential strawbale construction code and ASTM standards, this work deals with the characterization of load-bearing panels made of strawbale, wood moldings and a light plaster. With the objective of being used as a structure in thermally insulated and structurally safe buildings. The mechanical properties of the panels were determined by performing tests such as axial compression and diagonal tension. With these data, a computational model of a 3-story building was created, where their use is proposed, due to the advantages of energy efficiency that these buildings provide by the presence of straw. It is obtained that the panels have a compressive and shear strength of 5.92 MPa and 0.38 MPa respectively, with a modulus of elasticity of 424.08 MPa and shear stiffness of 157.11 MPa. Through the analysis of the building model, it is concluded that the studied prefabricated materials can be safely used for the assembly of medium-rise buildings, since they present inelastic drifts of less than 1% and an adequate seismic resistant behavior. These results allow us to anticipate that it is possible to use these less polluting materials for the construction of houses that promote sustainability.

Recuperación de Óxido Crómico a Partir de Aguas Residuales de Curtiduría y Aplicación como Colorante

Abstract: The leather tanning industry utilizes large amounts of chromium in its processes, resulting in substantial volumes of wastewater that contain high concentrations of chromium. This wastewater could serve as a source for recovering this metal after disposal. This study aims to exploit this wastewater to extract chromium oxide (Cr2O3), a material with a wide range of useful properties suitable for various applications. In this study, the effluent was used as a chromium (III) source, and ammonium hydroxide (NH4OH) was employed as a precipitant, adjusting the pH to 10. The resulting precipitate was filtered, dried at 70°C, and then calcined at 400, 600, and 700°C for 5 hours. After calcination, the material was ground for a further analysis. Characterization of the material was performed using Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy, X-ray Diffraction (XRD), and Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDX). FT-IR analysis revealed characteristic peaks corresponding to chromium oxide (III). XRD studies confirmed the formation of Cr2O3 with a hexagonal structure. SEM images indicated that the particles lacked a defined shape, with crystal sizes varying between 25 and 97 μm and an average crystal size of 78 nm. The presence of chromium oxide was further confirmed through EDS compositional analysis.

Resumen: La industria del curtido de pieles utiliza grandes cantidades de cromo en su proceso, lo que da lugar a grandes volúmenes de aguas residuales con altas concentraciones de cromo. Éstas podrían ser una fuente para la recuperación de este metal tras su eliminación. El objetivo de este estudio es aprovechar estas aguas residuales para la extracción de óxido de cromo (Cr2O3), un material con una amplia gama de propiedades que puede utilizarse en numerosas aplicaciones. En el estudio, se utilzaron efluentes como fuente de cromo (III) e hidróxido de amonio (NH4OH) como precipitante hasta un pH de 10. El precipitado resultante se filtró, y se secó a 70°C y luego se calcinó a 400, 600 y 700°C durante 5 h. A continuación, el precipitado se molió para un análisis más detallado. El material se caracterizó por infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR), difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de barrido (SEM-EDX). El análisis FTIR reveló picos característicos de óxido de cromo (III). Los estudios de DRX confirmaron la formación de Cr2O3 con estructura hexagonal. Las imágenes SEM mostraron que las partículas no tenían una forma definida. El tamaño de los cristales variaba entre 25 y 97 μm, con un tamaño medio de 78 nm. La presencia de óxido de cromo se confirmó mediante análisis de composición EDS.

Desarrollo de un Algoritmo para la Protección contra Descargas Atmosféricas en Edificaciones

Resumen: La investigación se centra en el progreso algorítmica destinada a la protección contra los impactos atmosféricos en estructuras que utilizan la técnica de esferas rodantes. La metodología comienza con la recopilación de los detalles del proyecto, que abarcan el nivel ceráunico y las medidas estructurales. Los elementos de riesgo se evalúan en un software de evaluación de riesgos para encontrar algunos escenarios, como la pérdida de vidas, la suspensión del servicio y los daños a la propiedad. De ser necesario, se administran las correcciones; de lo contrario, se ponen en práctica estrategias de protección. Esto incluye determinar la resistividad del suelo de acuerdo con la norma IEEE 81, aplicar la técnica de la esfera rodante de la norma IEC 62305-3 y cumplir con los principios del sistema de puesta a tierra en las normas IEEE 142 e IEEE 80. Para analizar las descargas atmosféricas dentro de una estructura protegida, se calculan los equivalentes eléctricos de los conductores de malla, las varillas de soldadura de cobre y los conductores horizontales y verticales. Los resultados se utilizan en un circuito de Atpdraw vinculado a Python, que genera gráficas de las formas de onda actuales para diversos subsistemas de protección. Los elementos de riesgo se reevalúan para ratificar el procedimiento. La verificación se basa en la idea de que el margen de error converge hacia cero cuando se introducen datos de ejercicios que cumplen con normativas como la IEC y el IEEE.

Abstract: The research concentrates on the algorithmic progress aimed at the protection against atmospheric impacts on structures using the rolling sphere technique. The methodology starts with the collection of project details, covering the ceramics level and structural measures. The risk elements are evaluated in a risk assessment software to find some scenarios, such as loss of life, service suspension and property damage. If necessary, corrections are managed; otherwise, protection strategies are implemented. This includes determining soil resistivity in accordance with IEEE 81, applying the rolling sphere technique of IEC 62305-3, and complying with the grounding system principles in IEEE 142 and IEEE 80. To analyze atmospheric discharges within a protected structure, electrical equivalents are calculated for mesh conductors, copper welding rods, and horizontal and vertical conductors. The results are used in an Atpdraw circuit linked to Python, which generates plots of the current waveforms for various protective subsystems. The risk elements are reevaluated to ratify the procedure. The verification is based on the idea that the margin of error converges to zero when inputting data from exercises that comply with standards such as IEC and IEEE.

Análisis de los parámetros de Confiabilidad, Disponibilidad y Mantenibilidad de la planta compresora de Jusepín 12

Resumen: El propósito de esta investigación consistió en analizar los parámetros de mantenimiento de confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad (CDM) de la planta compresora Jusepín 12 situada en el estado Monagas de Venezuela. En el inicio del estudio, se detectaron 991 fallas durante el periodo 2017-2019, de las cuales el 84,3 % se atribuyeron al sistema motor compresor, lo que representó un total de 17166,5 horas fuera de servicio de este sistema. Por lo tanto, la investigación se enfocó primordialmente en este sistema. Además, en el intervalo temporal previo y basándose en los tiempos entre fallos (TBF), ajustados a la distribución Weibull 3P, se registraron valores de confiabilidad del 43,75 %; 36,44 % y 37,81 %. Estos valores se sitúan en 95%, valor por debajo del Indicador Clave de Rendimiento (KPI) para sistemas motocompresores. Con respecto a la mantenibilidad, los valores de 71,85 %; 72,46 % y 71,42 % fueron considerados aceptables. Finalmente, la disponibilidad del sistema investigado fue del 79,4 %; 86,4 % y 84,8%; cifras que se sitúan por debajo del KPI establecido (94 %). Se concluyó que la disponibilidad obtenida se debe a una mejor mantenibilidad en comparación con la confiabilidad.

Abstract: The purpose of this research was to analyze the reliability, availability and maintainability (CDM) maintenance parameters of the Jusepín 12 compressor plant located in the Monagas state of Venezuela. At the beginning of the study, 991 failures were detected during the period 2017-2019, of which 84.3 % were attributed to the compressor motor system, which represented a total of 17166.5 hours out of service of this system. Therefore, the investigation focused primarily on this system. In addition, in the previous time interval and based on the times between failures (TBF), adjusted to the 3P Weibull distribution, reliability values of 43.75%, 36.44 % and 37.81% were recorded. These values are 95%, which is below the Key Performance Indicator (KPI) for motor compressor systems. Regarding the maintainability, the values of 71.85 %, 72.46 % and 71.42 % were considered acceptable. Finally, the availability of the system investigated was 79.4 %, 86.4 % and 84.8 %, figures that are below the established KPI (94 %). It was concluded that the availability obtained was due to a better maintainability compared to reliability.

Mejoramiento de las Propiedades Físicas del Polibutilsuccinato Usando Estabilizantes de Origen Vegetal y Sintético

Resumen: La producción de residuos plásticos no degradables ha generado una problemática ambiental bastante grave lo que provoca la búsqueda de polímeros biodegradables que puedan reemplazar a estos plásticos. Uno de estos es el polibutilsuccinato (PBS) que se caracteriza por su buena trabajabilidad, alta resistencia tanto térmica como química, así como alta biocompatibilidad comparable al polietileno. El presente estudio tiene como objetivo el mejoramiento de las propiedades físicas del PBS sintetizado por condensación adicionando estabilizantes vegetales y sintéticos. Se analizó la degradación térmica que sufre el material mediante análisis termogravimétrico y la reología del biopolímero mediante reología rotacional frente a condiciones de trabajo de extrusión para perfiles. Para esto se preparó probetas con polvo de cáscara de patata, ácido ferúlico y luperox. El estudio confirmó que la adición del 5 % en masa de polvo de cáscara de patata al PBS mejora su estabilidad térmica, logró alcanzar valores de velocidad de cizalla para su procesabilidad por extrusión y brinda una oportunidad para copolimerizarse, de tal manera que su uso sea viable.

Abstract: The production of non-degradable plastic waste has generated serious environmental problems, which has motivated the search for biodegradable polymers that can replace plastics. One of these is polybutylsuccinate (PBS), which is characterized by good workability, high thermal and chemical resistance, and high biocompatibility comparable to polyethylene. The objective of this study was to improve the physical properties of PBS synthesized by condensation by adding vegetables and synthetic stabilizers. The thermal degradation suffered by the material was analyzed by thermogravimetric analysis, and the rheology of the biopolymer by rotational rheology against extrusion working conditions. The test tubes were prepared using potato peel powder, ferulic acid, and luperox. The study confirmed that the addition of 5 % by mass of potato peel powder to PBS improves its thermal stability, achieves shear rate values for its processability by extrusion to profiles, and provides an opportunity to copolymerize, in such a way that its use is viable.

Propuesta y Comparación de Algoritmos de Balanceo Pasivo de Celdas NMC para una Batería de Iones de Litio

Resumen: En este trabajo se proponen, prueban y comparan tres algoritmos de balanceo pasivo, basados en tensión, de celdas de batería con tecnología de cátodo óxido de litio-níquel-manganeso-cobalto (NMC), como parte del desarrollo de un sistema de manejo de batería (BMS) para una batería de iones de litio. El enfoque del trabajo está orientado a la aplicación de dichos algoritmos en BMS de vehículos eléctricos. Se realizó un software para llevar adelante el ensayo el cual permite modificar parámetros de forma sencilla y flexible, para adaptarse a baterías de iones de litio con otros tipos de celdas. En particular, los ensayos se realizaron sobre una batería en configuración 14S1P, definiéndose tres pruebas diferentes, sin balancear, balanceando, partiendo de celdas balanceadas y balanceando, partiendo de celdas desbalanceadas. Se muestran los resultados obtenidos a partir de los ensayos realizados, concluyendo sobre cual algoritmo presenta mejores resultados, considerando la capacidad del pack de celdas utilizado, el balanceo logrado y la energía disipada por ecualización.

Abstract: In this work, three voltage-based passive balancing algorithms of battery cells with lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (NMC) cathode technology are proposed, tested, and compared as part of the development of a battery management system (BMS) for a lithium-ion battery. The focus of the work is oriented to the application of these algorithms in BMS of electric vehicles. Software was developed to carry out the test, which allows parameters to be changed in a simple and flexible way, to adapt to lithium-ion batteries with other types of cells. In particular, the tests were carried out on a battery in 14S1P configuration, defining three different tests, unbalanced, balancing, starting from balanced cells and balancing, starting from unbalanced cells. The results obtained from the tests carried out are shown, concluding on which algorithm presents the best results, considering the capacity of the cell pack used, the balance achieved and the energy dissipated by equalization.

Evaluación del Desempeño Sísmico de Estructuras con Disipadores de Energía para el Escenario Sísmico de Quito

Resumen: En Ecuador, el diseño sismo resistente se fundamenta en la filosofía de diseño por capacidad y mediante mecanismos de disipación de energía basados en daño. En consecuencia, después de un evento sísmico severo se evi- dencia afectaciones importantes en elementos estructurales que requieren de intervenciones, que en algunos casos no son viables y se requiere derrocar. Por esta razón, la tendencia actual es diseñar estructuras que permitan funcionalidad y que contribuyan a la resiliencia de las ciudades. En este trabajo, se presenta el análisis de pórticos de hormigón armado y acero, de 4, 8 y 12 pisos sin y con disipadores de energía tipo TADAS, SLB y BRB. Posteriormente, se determina la capacidad de las estructuras mediante análisis estáticos no lineales tipo Pushover. Además, se realiza análisis dinámi- cos no lineales de las estructuras sometidas a once acelerogramas, escalados para el escenario sísmico de Quito para las intensidades del sismo de diseño TR = 475 años y el máximo considerado TR = 2475 años. Finalmente, se evalúa el desempeño sísmico mediante la metodología del ASCE y se generan análisis incrementales dinámicos para construir curvas de fragilidad.

Abstract: In Ecuador, the seismic-resistant design is based on design philosophy by capacity and energy dissipation mechanisms based on damage. Consequently, after a severe seismic event, significant damage is evident in structural elements that require intervention, which sometimes is not viable and must be discarded. For this reason, the current trend is to design structures that allow functionality and contribute to the resilience of cities. This research article ana- lyzes reinforced concrete and steel frames for 4, 8, and 12 floors with and without TADAS, SLB, and BRB-type energy dissipators. Subsequently, the capacity of the structures is determined by using a non-linear static Pushover type analysis. In addition, a non-linear dynamic analysis of the systems subjected to eleven accelerograms is performed, scaled accord- ing to a Quito seismic scenario for intensities of design for an earthquake TR = 475 years and a maximum considered at TR = 2475 years. Finally, seismic performance is evaluated using an ASCE methodology, and dynamic incremental analyzes are generated to build fragility curves.

Interacción y Efecto de Rizobacterias en Variables Agronómicas de Hibiscus sabdariffa L. en Dos Tipos de Suelo

Resumen: La toxicidad de los metales pesados para plantas, animales, insectos y humanos representa un problema grave y multifacético que requiere medidas urgentes de mitigación y prevención, así como una gestión adecuada de los residuos y la contaminación. Las rizobacterias asociadas a la raíz incrementan el crecimiento vegetal. El propósito de esta investigación fue examinar cómo crece la planta de Hibiscus sabdariffa L. en dos tipos diferentes de suelo (uno irrigado con agua limpia y otro con agua residual), bajo estrés causado por cobre. Además, en el método se inoculó la planta con rizobacterias, se germinó y se evaluaron dos variedades de la planta (Criolla y Guerrero). Se variaron las dosis de composta y se midieron distintas variables de agronomía, en dos momentos diferentes. El factor de la cepa (M49 y M67), en combinación con la variedad, composta, tipo de suelo, presentó interacción significativa en la biomasa seca aérea, biomasa seca de raíz, longitud de cáliz, altura de planta y volumen radical. La composta en la fecha uno presenta significancia junto con la variedad, tipo de suelo, presencia de cobre y cepas, en la biomasa seca aérea, biomasa seca de cáliz, altura de planta, diámetro de tallo, numero de hojas, diámetro de cáliz y peso fresco de calices. Las semillas de jamaica inoculadas con rizobacterias mostraron parámetros de crecimiento vegetal. El uso de rizobacterias en combinación con fuentes de fertilización y metales pesados permitirá desarrollar tecnologías para incrementar el desarrollo de las plantas en ambientes contaminados.

Abstract: The toxicity of heavy metals to plants, animals, insects and humans represents a serious and multifaceted problem that requires urgent mitigation and prevention measures, as well as proper waste and pollution management. Root-associated rhizobacteria increase plant growth. The purpose of this research was to examine how the Hibiscus sabdariffa L. plant grows in two different types of soil (one irrigated with clean water and the other with residual water), under stress caused by copper. Additionally, in the method the plant was inoculated with rhizobacteria, germinated and two varieties of the plant were evaluated (Criolla and Guerrero). Compost doses were varied and different agronomy variables were measured at two different times. The strain factor (M49 and M67), in combination with the variety, compost, soil type, presented a significant interaction in aerial dry biomass, root dry biomass, calyx length, plant height and root volume. The compost on date one presents significance along with the variety, type of soil, presence of copper and strains in the aerial dry biomass, dry calyx biomass, plant height, stem diameter, number of leaves, calyx diameter and fresh weight of calyxes. Roselle seeds inoculated with rhizobacteria showed plant growth parameters. The use of rhizobacteria in combination with fertilization sources and heavy metals will allow the development of technologies to increase plant development in contaminated environments.