Ingenius. Revista de Ciencia y Tecnología

Determinación de la presión máxima de compresión de un motor de encendido provocado basado en una red neuronal artificial recurrente

Resumen En la presente investigación se realiza la explicación de la metodología aplicada a la determinación de la presión máxima de compresión de un motor de combustión interna alternativo de encendido provocado (MEP), el cual se basa en un estudio que parte de la caracterización de las curvas del consumo de amperaje del motor de arranque. Se aplica un protocolo de adquisición de datos y su posterior análisis estadístico. Los valores estadísticos de la señal como energía, promedio, desviación estándar, varianza, kurtosis, asimetría, máximo, mínimo y factor de cresta son seleccionados en función al mayor aporte de información para la caracterización del experimento; estos valores generan bases de datos las cuales son aplicadas para la creación y entrenamiento de una red neuronal artificial recurrente (RNAR) en la cual se obtiene un error absoluto menor al 2 %. En una primera instancia se aplica la metodología de pruebas en un motor ensamblado en un banco didáctico y luego se procede a la aplicación del método en motores aplicados en vehículos.

Abstract In the present research the explanation of the applied methodology for the determination of the maximum pressure of compression of an engine of internal combustion alternative of ignited provoked (MEP), that is based on a study that starts from the characterization of the curves of the amperage rating of the starter motor. A protocol for data acquisition and subsequent statistical analysis is applied. The statistical values of the signal as energy, average, standard deviation, variance, kurtosis, asymmetry, maximum, minimum and crest factor are selected in function of the greater contribution of information for the characterization of the experiment; these values generate databases that are applied for the creation and training of a recurrent artificial neural network (RNAR) in which an absolute error of less than 2% is obtained. In the first instance, the test methodology is applied in an engine assembled in a didactic bank and then the application of the method is applied in vehicles.

Caracterización de un generador de flujo axial para aplicaciones en energía eólica

Resumen El aprovechamiento de los recursos energéticos no convencionales en los últimos años se ha desarrollado principalmente con la intención de disminuir el uso de combustibles. A mediana y pequeña escala la tendencia mundial, cuando se habla de generación eléctrica utilizando la energía eólica, es el uso de generadores de imanes permanentes. Los generadores de flujo axial son lo que se encuentran con mayor frecuencia a disposición. La principal característica de estos generadores es su capacidad de entregar energía eléctrica a bajas revoluciones, con una eficiencia aceptable. En este proyecto de investigación se caracterizaron dos tipos de generadores de flujo axial; uno con bobinas en serie y otro con bobinas en paralelo, con la intención de valorar el rendimiento de cada uno. El diseño parte de la determinación del flujo magnético, número de revoluciones, número de polos, número de bobinas, voltaje de salida y pérdidas eléctricas, para luego realizar el contraste a través de la toma de datos de amperaje y voltaje con respecto al cálculo teórico; la finalidad es establecer la eficiencia que presentan cada una de las configuraciones. Se estableció que el generador en serie posee características que lo convierten en una configuración que tiene una eficiencia mayor que la del generador en paralelo.

Abstract The use of unconventional energy resources in recent years has been developed mainly with the intention of reducing the use of fuels. At medium and small scale the global trend, when talking about electricity generation using wind energy, is the use of permanent magnet generators. Axial flow generators are the most often available. The main characteristic of these generators is their ability to deliver electrical power at low revolutions, with an acceptable efficiency. In this research project two types of axial flow generators were characterized; one with coils in series and another with coils in parallel, with the intention of evaluating the performance of each one. The design starts from the determination of the magnetic flux, number of revolutions, number of poles, number of coils, output voltage and electrical losses, to then carry out the contrast through the data acquisition of amperage and voltage with respect to the theoretical calculation; the purpose is to establish the efficiency of each of the configurations. It was established that the series generator has characteristics that make it a configuration that has an efficiency greater than that of the generator in parallel.

Análisis energético, exergético y económico de un sistema de cogeneración: caso para una planta azucarera de San Pablo

Resumen Los sistemas de cogeneración, debido a las numerosas ventajas que presentan, se han convertido en una tecnología bastante utilizada para la generación de energía. En estos procesos, la eficiencia es relativamente alta y las emisiones de gases de efecto invernadero son bajas. En este trabajo se realiza un estudio técnico y económico de un sistema de cogeneración para una planta azucarera en San Pablo. La primera y segunda ley de la termodinámica son aplicadas para el análisis técnico. Los costos de producción de la energía eléctrica y vapor producido son determinados en el análisis económico. En el dimensionamiento se analizan cuatro turbinas de gas que están en paridad térmica con el proceso. Los resultados muestran que la planta tiene una capacidad para producir 148 MW de electricidad y 147 MW de vapor. Por un lado el análisis energético revela que la eficiencia de la planta es de 67 %, mientras que el análisis exergético muestra que esta eficiencia es de 56 %. Los resultados del análisis económico expresan que los precios de la electricidad y vapor producido son de 0,105 y 0,068 US$/kWh, respectivamente.

Abstract Due to many advantages that cogeneration systems present, they have become a technology widely used for energy generation. In these processes, the efficiency is relatively high and the emissions of greenhouse gases are low. In this paper a technical and economic study of a cogeneration system for a sugar plant in São Paulo is carried out. For this propose the 1st and 2nd laws of thermodynamics are applied for the technical analysis. The cost of the electrical energy and steam produced are determined in the economic analysis. In the sizing of the plant, four gas turbines are analyzed that are in thermal parity with the process. The results show that the plant has a production capacity of 148MW of electricity and 147MW of steam. On the one hand the energy analysis reveals that the efficiency of the plant is 67%, while the exergetic analysis shows that this efficiency is 56%. The results of the economic analysis indicate that the prices of electricity and steam produced are 0.105 and 0.068 US $ / kWh, respectively.

Análisis de medidas de ahorro de energía en una empresa de producción

Resumen Este trabajo analiza las medidas de ahorro de energía posibles en una empresa de producción, con la finalidad de establecer recomendaciones que contribuyan al uso eficiente de la energía. Esta investigación es de tipo descriptivo-documental, sustentada en un trabajo de campo, en donde se analizan los diferentes procesos de producción y servicios industriales. Utilizando datos suministrados de horas de trabajo, se realiza una estimación del consumo mensual para determinar el impacto de los procesos en la facturación de electricidad; el análisis se restringe al cálculo de índices de consumo (Ton/kWh) con lo que se puede priorizar el uso de los equipos más eficientes sobre otros que realicen las mismas funciones. El análisis de la característica de consumo arroja puntos óptimos de consumo con los cuales se establece un gráfico de energía vs. producción llamado meta. Se obtiene como resultado que aplicando todas las acciones propuestas, el consumo mensual disminuiría en 138 024,84 kWh, lo que representa un ahorro de energía del orden del 25 % respecto con el consumo promedio actual.

Abstract This work analyzes possible measures of energy saving in a production company, with the purpose of establishing recommendations that contribute to the efficient use of energy. This research is descriptive-documentary, based on a fieldwork, where the different production processes and industrial services were analyzed. Using data supplied from working hours, an estimate of monthly consumption was made to determine the impact of processes on electricity billing; The analysis was restricted to the calculation of consumption index (Ton / kWh), which allows the use of the most efficient equipment to be prioritized over others performing the same functions. The analysis of the consumption characteristic yields optimum consumption points which allow to establish a graph of Energy vs Production called Goal. The result is that by applying all the proposed actions, the monthly consumption would decrease by 138,024.84 kWh, representing an energy saving of around 25% with respect to the current average consumption.

Factores para seleccionar tuberías de conducción de gas licuado de petróleo en el Ecuador

Resumen Para realizar instalaciones residenciales, comerciales e industriales de gas licuado de petróleo (GLP) en el Ecuador, rige la norma técnica ecuatoriana INEN 2260:2010, la cual establece los lineamientos mínimos de seguridad que se deben tener en cuenta en este tipo de instalaciones. Para conducir este hidrocarburo, la norma acepta varios materiales de tuberías, métodos de unión con accesorios, formas de instalación, lo que hace que el responsable del dimensionamiento y planeación de este tipo de sistemas tenga varias opciones para escoger al momento de encaminar un proyecto determinado. El presente trabajo muestra algunos factores que inciden en la selección de la tubería más adecuada para sistemas de GLP, cumpliendo con la norma técnica obligatoria en el Ecuador. Se compara la resistencia a la tracción, dureza y peso como propiedades de los materiales aceptados; tiempos de ejecución de uniones entre tuberías y accesorios y, finalmente, se comparan los costos asociados a los materiales, mano de obra y mantenimiento que debe darse a estos sistemas.

Abstract In order to build residential, commercial and industrial installations of Liquefied Petroleum Gas (LPG) in Ecuador, the INEN 2260: 2010 Ecuadorian Technical Regulation establishes the minimum safety guidelines that must be taken into account in this type of installations. To conduct this hydrocarbon, the Standard accepts several materials of pipes, methods of union with accessories, forms of installation, which makes the responsible for the sizing and planning of this type of systems have several options to choose from when directing a determined project. This paper shows some factors that affect the selection of the most suitable pipeline for LPG systems, complying with the mandatory Technical Standard in Ecuador. The mechanical strength, hardness and weight are compared as properties of the accepted materials; execution times of pipes and fittings and finally the costs associated with materials, labor and maintenance that must be given to these systems are compared.

Incentivo a la generación distribuida en el Ecuador

Resumen La reducción de los costos de la infraestructura solar es una de las principales razones de su crecimiento mundial. En Ecuador se requiere realizar reajustes al marco jurídico que incentive la instalación de pequeños emprendimientos solares fotovoltaicos (de clientes del servicio eléctrico) conectados a las redes de distribución de baja tensión para consumo propio, y los excedentes sean inyectados a la red. Se plantean tres modelos de negocios para la microgeneración distribuida fotovoltaica, mismos que consideran dos sistemas de medición aplicables: el primero denominado netmetering donde se determina el valor neto de la energía (diferencia entre la inyectada a la red y la consumida), y el segundo conocido como «Feed-in Tariff » – FIT donde se determina la energía inyectada a la red a un precio especial como incentivo. El costo de la energía producida por un sistema fotovoltaico en el Ecuador es de USD/kWh 0,1342 con la tasa de descuento del 7 %, el CF (factor de capacidad) = 15 %, mientras que con la tasa de descuento del 10 %, CF = 20 % el costo de la energía alcanza a USD/kWh 0,1229, valores que no contemplan el banco de baterías ni de los terrenos, estos valores son cada vez más competitivos en relación con las fuentes renovables no convencionales.

Abstract Reducing solar infrastructure costs is one of the main reasons for its global growth. In Ecuador adjustments to the legal framework have to be made to encourage the installation of small photovoltaic solar structures for electricity customers connected to low voltage distribution networks for their personal consumption, and any surplus energy be injected into the grid. Three business models pertaining to the distributed microgeneration of PV have been considered, which consider two applicable measurement systems: the first one is called "net metering" where the net value of the energy (the difference between the one injected into the network and the one consumed) is determined, and the second known as "Feed-in Tariff" - FIT is where the energy injected into the grid is set at a special incentive price. The cost of energy produced by a photovoltaic system in Ecuador is USD / kWh 0.1342 with a discount rate 7%, CF (capacity factor) at 15%, while a discount rate 10%, CF at 20% the cost reduces to USD / kWh 0.1229. These values however, do not take into account the bank of batteries or the land, these values are increasingly more competitive in relation to non-conventional renewable sources.

On the behaviour of spherical inclusions in a cylinder under tension loads

Resumen En el presente artículo se estudia el comportamiento de un sólido hiper-elástico con una, dos y más inclusiones esféricas, bajo el efecto de una carga externa de tracción. Las inclusiones se modelan como sólidos elásticos con comportamiento no-lineal y que presentan pequeñas deformaciones, usando un nuevo modelo propuesto recientemente en la literatura, en donde las deformaciones (caso infinitesimal) se expresan como funciones no-lineales de las tensiones. En particular, se consideran expresiones para dichas funciones que aseguran que las deformaciones están limitadas en cuanto a su magnitud independientemente de la magnitud de las cargas externas. Como una forma de simplificar el problema, el medio hiper-elástico y las inclusiones se modelan como sólidos axil-simétricos. El método de elementos finitos es usado para obtener resultados para estos problemas de valor de frontera. El objetivo del uso de los nuevos modelos para cuerpos elásticos para el caso de las inclusiones, es estudiar el comportamiento de dichos cuerpos en el caso de concentración de tensiones, lo cual ocurre cerca de la zona de interface con la matriz. De los resultados mostrados en este trabajo, es posible apreciar que a pesar de los valores relativamente altos para las tensiones, las deformaciones se mantienen pequeñas, lo cual sería mucho más cercano al comportamiento esperado en la realidad, cuando se trabaja con inclusiones hechas de un material frágil, el cual no puede mostrar grandes deformaciones.

Abstract In the present paper the behaviour of a hyperelastic body is studied, considering the presence of one, two and more spherical inclusions, under the effect of an external tension load. The inclusions are modeled as nonlinear elastic bodies that undergo small strains. For the material constitutive relation, a relatively new type of model is used, wherein the strains (linearized strain) are assumed to be nonlinear functions of the stresses. In particular, it is used a function such that the strains are always small, independently of the magnitude of the external loads. In order to simplify the problem, the hyperelastic medium and the inclusions are modelled as axial-symmetric bodies. The finite element method is used to obtain results for these boundary value problems. The objective of using these new models for elastic bodies in the case of the inclusions is to study the behaviour of such bodies in the case of concentration of stresses, which happens near the interface with the surrounding matrix. From the results presented in this paper, it is possible to observe that despite the relatively large magnitude for the stresses, the strains for the inclusions remain small, which would be closer to the actual behaviour of real inclusions made of brittle materials, which cannot show large strains.

Comparación entre redes neuronales artificiales y regresión múltiple para la predicción de la rugosidad superficial en el torneado en seco

Resumen Los métodos de regresión múltiple y redes neuronales artificiales son técnicas usadas en muchas aplicaciones de la industria. En este trabajo se utilizaron dos métodos de predicción: regresión múltiple y redes neuronales artificiales (perceptrón multicapa) con el objetivo de predecir la rugosidad superficial en el torneado en seco del acero AISI 316l. En su implementación fueron considerados varios parámetros de corte como la velocidad, el avance y el tiempo de mecanizado. Las ecuaciones obtenidas por ambos métodos fueron comparadas desarrollando un diseño factorial completo para aumentar la fiabilidad de los valores registrados de rugosidad superficial. En el análisis se puede comprobar mediante los valores de coeficientes de determinación que los modelos propuestos son capaces de predecir la rugosidad superficial. Los modelos obtenidos demuestran que la técnica de redes neuronales artificiales tiene mejor precisión que la regresión múltiple para este estudio.

Abstract The simple regression and artificial neural network methods are techniques used in many industrial. This work developed two models in order to predict the surface roughness in dry turning of AISI 316L stainless steel. In its implementation they were considered various cutting parameters such as cutting speed, feed, and machining time. The models obtained by both methods were compared to develop a full factorial design to increase reliability of the recorded values of roughness. The analysis can be checked by the values of coefficients of determination that the proposed models are able to predict surface roughness. The obtained results show that the neural networks techniques is more accurate than the multiple regression techniques in this study.

Obtención de agua caliente sanitaria con energía solar en el cantón cuenca y análisis de la contaminación ambiental

Resumen En este documento se encuentra el análisis para determinar la factibilidad de implementación de calentadores solares para obtener Agua Caliente Sanitaria (ACS) en el Ecuador, en la provincia del Azuay, en el cantón Cuenca, con el fin de disminuir la contaminación ambiental provocada por el uso de combustibles fósiles. El proyecto considera la puesta en marcha de una red meteorológica y toma de datos de radiación solar global en 16 puntos ubicados zonas pobladas del cantón durante los años 2014 y 2015, posteriormente a través de un trabajo de campo se realiza un diagnóstico para establecer cuáles son los actuales sistemas usados para obtener ACS, también se analizan de manera teórica y práctica las eficiencias de dos tipos de calentadores solares de tubos de vacío para producción de ACS; con los datos de radiación medidos se modela aplicando las ecuaciones de transferencia de calor y se establece la factibilidad de implementación en función de la energía solar medida; finalmente, se realiza una comparación para determinar cuál sería la disminución de emanaciones CO2 si se ejecutaría esta propuesta. Los resultados obtenidos indican que el 82 % de familias utiliza ACS y de estas el 65 % emplean sistemas a base de GLP y, que el 44 % de la demanda de energía para obtener ACS puede ser cubierta con energía solar necesitando utilizar sistemas auxiliares para garantizar un abastecimiento constante. La implementación de estos sistemas permitiría reducir 108 537 t CO2 eq al año.

Abstract This document contains the analysis to determine the feasibility of implementing solar water heaters to obtain Sanitary Hot Water (SHW) in Ecuador, in the province of Azuay, in the canton of Cuenca, in order to reduce environmental pollution caused by the use of fossil fuels. The project considers the implementation of a meteorological network and data collection of global solar radiation in 16 points located populated areas of the Canton during the years 2014 and 2015, later through a field work a diagnosis is made to establish which are the systems Currently used to obtain SHW, the efficiencies of two types of solar vacuum tube heaters for SHW production are also analyzed theoretically and practically; with the measured radiation data, it is modeled applying the heat transfer equations and the feasibility of implementation is established based on the measured solar energy; Finally, a comparison is made to determine what would be the decrease of CO2 emissions if the implementation would be carried out. The results obtained indicate that 82% of families use SHW and of these 65% use LPG-based systems and that 44% of the energy demand to obtain SHW can be covered with solar energy, using auxiliary systems to guarantee a constant supply. The implementation of these systems would reduce 108537 tn CO2 eq per year.

Cuantificación de la opacidad en motores electrónicos diésel usando diésel y biodiésel

Resumen El presente estudio tiene la finalidad de determinar los niveles de opacidad con el uso de diésel fósil como de biodiésel a base de higuerilla al 15 % (B15). Para la determinación de la opacidad se utilizó un banco de pruebas de motores diésel electrónico, se realizó las mediciones de opacidad usando un opacímetro debidamente calibrado. El Opacímetro consta de una sonda la cual se le instala en el extremo del tubo de escape, captando los gases y arrojando valores propios por cada prueba, considerando los tipos de combustibles fósil o biocombustible y el régimen del motor, sometiendo a varias revoluciones por minuto que van de 1200 a 3000 por cada combustible. Al concluir las pruebas el opacímetro permitió obtener una opacidad de 11.1 % con diésel fósil y 0.386 con biodiésel B15 obteniendo una reducción del 96 % de opacidad, a la vez se obtuvo un promedio de opacidad de las pruebas por cada tipo de combustible siendo este valor el que se comparará con las normas nacionales e internacionales concernientes a este estudio. Con estos resultados se contribuye a la mejor conservación del ambiente ya que se emana menor cantidad de hollín, de igual manera se disminuye las enfermedades respiratorias y de corazón de las personas según la organización mundial de la salud.

Abstract The present study has the purpose of determining the levels of opacity with the use of diesel and biodiesel based on castor oil at 15% (B15). For the determination of the opacity an electronic diesel engine test bench was used, the opacity measurements were made using a duly calibrated opacimeter. The Opacimeter consists of a probe which is installed at the end of the exhaust pipe, capturing the gases and yielding their own values for each test, considering the types of fossil fuel or biofuel and engine speed, subjecting several RPMs that go from 1200 to 3000 for each fuel. At the end of the tests, the opacimeter allowed to obtain an opacity of 11.1% with fossil diesel and 0.386 with B15, obtaining a 96% reduction in opacity. At the same time, an average opacity of the tests was obtained for each type of fuel, this value being compared with the national standards concerning this study. With these results, it contributes to the conservation of the environment since it emits less amount of soot, in the same way, the respiratory and heart diseases of people are reduced according to the world health organization.