Ingenius. Revista de Ciencia y Tecnología

STUDY OF INFLUENCE OF THE OPENING OF THE WINDOWS AND THE SPEED OF CIRCULATION IN THE AERODYNAMICS OF A VEHICLE TOURISM

Resumen En este artículo se presenta el estudio aerodinámico de un vehículo de turismo, tomando como muestra el Chevrolet Forsa 1.3, en el que se realizan pruebas de carretera para obtener valores de los coeficientes aerodinámicos (Cx) y de fricción (Fr) en diferentes posiciones de apertura de las ventanas y diversas velocidades del vehículo. Para corroborar la información obtenida en las pruebas en las cuales se basa para el cálculo del Cx, se realiza un modelado del vehículo a utilizar en SolidWorks®, con la intención de efectuar una simulación que permita obtener los valores del Cx cuando las ventanas se encuentran en diversas posiciones y a una velocidad específica. Además, se realiza un diseño experimental en Minitab®, el cual permite conocer la incidencia que tiene cierta variable sea de apertura de las ventanas o velocidad del vehículo sobre el Cx y Fr.Los resultados obtenidos demuestran que el valor de Cx aumenta conforme se abren las ventanas del vehículo cuando se viaja a velocidades superiores a los 90 km/h, lo que significa mayor resistencia al avance y por ende un incremento en el consumo de combustible y emisiones contaminantes.

Abstract This article presents the aerodynamic study of a tourism vehicle, taking as a case study the Chevrolet Forsa 1.3, in which road tests are performed to obtain values of the aerodynamic coefficient (Cx) and the coefficient of friction (Fr) in different opening positions of the windows and various Vehicle speeds. In order to corroborate the information obtained in the tests on which it is based to calculate the Cx, a modeling of the vehicle to be used in SolidWorks® is carried out, with the intention of carrying out a simulation that allows to obtain the values of the Cx when the windows are in different positions and at a specific speed. In addition an experimental design is realized in Minitab®, which allows to know the incidence that has a variable either of opening of the windows or speed of the vehicle on the Cx and Fr. The results show that the value of Cx increases as the windows of the vehicle are opened when traveling at speeds in excess of 90 km/h, which means more resistance to progress and therefore an increase in fuel consumption and pollutant emissions.

Numerical calculation of the effective thermal properties of a composite by finite elements Importar tabla

Resumen El desarrollo de nuevos métodos para determinar las propiedades térmicas de materiales compuestos está siempre en constante avance. En este estudio se propone un método unidimensional para el cálculo numérico de la conductividad y difusividad térmicas efectivas en materiales sólidos heterogéneos (compuestos), entre [10-20 °C], mediante el uso del programa Solidworks® 2016, el cual se basa en el método de cálculo de elementos finitos. Primero, se obtiene la distribución de temperatura en función de la coordenada y el tiempo; luego, se ajusta el modelo teórico, la ecuación parabólica de difusión del calor en una dimensión, a los datos obtenidos en la simulación para obtener la solución. Inicialmente, se modela la distribución de temperatura en una barra sólida de cobre homogénea, material conocido, bajo un flujo de calor constante en x = L, arrojando valores de conductividad y difusividad térmicas de acuerdo con los reportados en la literatura, con un error relativo de 0,01 % y 0,7 % respectivamente. Luego se modela la distribución de temperatura en una barra sólida heterogénea a base de cobre (65,7 %)-plomo (34,3 %) y, bajo la misma condición de flujo de calor, se obtienen los valores simulados de temperatura en función del tiempo con los cuales se calculan la conductividad y difusividad térmicas efectivas de este compuesto. Los resultados obtenidos muestran consistencia y confiabilidad pues se encuentran dentro del rango establecido por estudios anteriores.

Abstract The development of new methods for determining the thermal properties of composite materials is always in constant progress. This study proposes a one-dimensional method for the numerical calculation of effective thermal conductivity and diffusivity in heterogeneous solid materials (composite), between [10-20 °C], using the program Solidworks® 2016, which is based on the method of Finite Element Calculation. First, the temperature distribution is obtained as a function of the coordinate and time; then, the theoretical model, the Parabolic Heat Diffusion Equation in one dimension, is adjusted to the data obtained in the simulation to obtain the solution. Initially, the temperature distribution in a homogeneous solid copper bar, known material, is modeled under a constant heat flux at x = L, yielding thermal conductivity and diffusivity values in accordance with those reported in the literature, with a relative error of 0.01% and 0.7% respectively. Then, the temperature distribution is modeled in a heterogeneous solid bar based on copper (65.7%)-lead (34.3%) and, under the same heat flow condition, the simulated values of temperature in function of the time with which the effective thermal conductivity and diffusivity of this compound are calculated. The obtained results show consistency and reliability because they are within the range established by previous studies.

Design and construction of a corn sheller

Resumen El presente artículo da a conocer el diseño y construcción de una desgranadora de maíz para sustituir el trabajo manual y monótono que causa lesiones y enfermedades en los agricultores. Esta tarea ocasiona afectaciones ocupacionales a la salud de la persona quien de forma artesanal desgrana 10 q de maíz diarios; entre las lesiones graves que pueden darse están la tendinitis en el dedo pulgar, lumbalgia en la espalda e hiperlordosis dorsal producida por una mala postura al desgranar. Ante esta situación se planteó una alternativa de trabajo al diseñar y posteriormente construir una máquina que realice el mismo trabajo remplazando el esfuerzo humano. Se describe el proceso de diseño y fabricación de la máquina, que permitió obtener una producción de 105 q al día de manera rápida y limpia, para desgranar todo tipo de maíz con una humedad del 10 al 15 % además de abastecer la demanda en el mercado salvaguardando la salud física al evitar lesiones a las personas.

Abstract This article lays out the design and construction of a corn sheller with the objective to replace the monotonous manual labor of those who shell corn, hich often causes injuries and illnesses in farm workers. The arduous manual labor causes occupational damages to the health of the worker, who produce 10q of corn daily using the artisanal manner. Among the serious injuries which can arise are tendonitis of the thumb, lumbago of the back, and dorsal lordosis produced by shelling in a bad posture. Faced with this situation, an alternative was proposed: designing and subsequently constructing a machine which would carried out the same labor replacing human stress. The machine’s design and construction process is described; which allowed obtaining 105q daily in a fast and clean way, to thresh all kinds of corn with a humidity between 10 to 15%, supplying the demand in the market and safeguarding the physical health of workers.

The effect of chemical composition on mechanical behavior of galvanized coatings by hot dip: a review

Resumen En los últimos años se ha generado un amplio interés en la investigación de los recubrimientos galvanizados, modificándolos con el fin de mejorar el desempeño en condiciones de servicio. Estas modificaciones buscan una mejora significativa en las propiedades del recubrimiento galvanizado, bien sea en la resistencia a la corrosión, en la soldabilidad o en las propiedades mecánicas. Las exigencias generadas por las múltiples aplicaciones de estos recubrimientos, donde el sustrato recubierto es sometido a deformaciones plásticas (estampado, doblado y laminado), requieren de mayor ductilidad de los recubrimientos. Por esto se han desarrollado composiciones químicas de los baños de inmersión, logrando modificar considerablemente la microestructura de los recubrimientos y por ende sus propiedades mecánicas. Este trabajo tiene como objetivo realizar una revisión bibliográfica sobre la composición química de los baños de inmersión, su influencia en la microestructura y técnicas utilizadas para determinar la ductilidad y adherencia en recubrimientos galvanizados por inmersión en caliente.

Abstract In recent years, a great interest has been generated in the investigation of galvanized coatings, modifying them in order to improve the performance in the conditions of service. These modifications seek a significant improvement in the properties of the galvanized coating, whether in corrosion resistance, weldability or mechanical properties. The demands generated by the multiple applications of these coatings, where the coated substrate is subjected to plastic deformations (stamping, bending and laminating), requires the greater ductility of the coatings. For this reason, chemical compositions of the immersion baths have been developed, making it possible to considerably modify the microstructure of the coatings and thus their mechanical properties. This work aims to perform a bibliographic review on the chemical composition of the immersion baths, their influence on the microstructure and techniques used to determine the ductility and adhesion in galvanized coatings by hot dip.

Implementation of low cost distributed system under iec-61499 estandard, in classification and handling station of mps-500

Resumen El desarrollo de las tecnologías, los requerimientos de nuevas prestaciones y las limitantes dadas por los fabricantes de software y hardware para la automatización ha hecho que nuevos estándares sean desarrollados. El presente trabajo tiene como propósito la implantación de un sistema distribuido de bajo costo, usando la norma IEC-61499 en la estación de clasificación y manipulación del MPS-500. En estos módulos se pueden dar problemas de aplicaciones industriales reales. IEC-61499 estandariza un entorno de programación para sistemas distribuidos y tiene un alto nivel de versatilidad para el diseño de sistemas, pues combina software y hardware de manera independiente. Se utilizó el software 4DIAC y se crearon nuevos bloques de función (FB) para el control del proceso y el runtime FORTE fue ejecutado en una tarjeta Raspberry Pi. La norma IEC-61499 permite al diseñador del sistema crear un modelo de ejecución de bloques de función conducido por eventos, de esta manera, puede dar prioridad a la orden de ejecución y modificar fácilmente algún parámetro de la planta.

Abstract The development of new technologies, requirements for new benefits and the limitations given by manufacturers of automation software and hardware have promoted the development of new standards. The aim of this paper is the implementation of low-cost distributed systems under IEC-61499 standard, and will be implemented at the classification and handling station of the FESTO MPS-500, in these modules it is possible to use practical problems of real industrial applications. The IEC-61499 standard standardizes the environment of programming for distributed systems. It has a high versatility for systems’ design because it allows the use of independent software from the hardware that is being used. In implementation the process, we used the software 4DIAC, where new function blocks (FBs) for process control were created. The FORTE runtime was executed on a raspberry Pi card. The IEC-61499 standard allows the system designer to create an event-driven function-blocks execution model, so that the designer can prioritize the execution order and easily modify some parameters of the plant.

Influence of the parameters of the friction-stir welding process (fsw) in the mechanical properties at the aluminum 6061 join

Resumen Existe una clara tendencia en la industria del transporte para la reducción de peso en los componentes estructurales con el objetivo de mejorar la eficiencia del consumo energético. Los materiales utilizados para este propósito son aleaciones de aluminio y magnesio; pero al utilizar el método de soldadura por fusión, las juntas presentan bajas propiedades mecánicas en comparación con el material base. La soldadura por fricción es una alternativa para unir en estado sólido estos materiales y ha mostrado una buena compatibilidad y alta eficiencia. El objetivo de este trabajo es el análisis del efecto de la velocidad de soldadura sobre la resistencia mecánica de las juntas para la aleación de aluminio 6061 T6 soldadas por FSW. Del estudio se obtiene curvas de resistencia a la tracción, doblado guiado y dureza en la soldadura mostrando un mejor comportamiento en probetas unidas a mayor velocidad de rotación de la herramienta.

Abstract There is a clear trend in the transportation industry for the reduction of weight in structural components with the objective of improving the efficiency of energy consumption. The materials that are used for this purpose are aluminum and magnesium alloys; however the same as when bonded by fusion welding methods, the joints have low mechanical properties compared to the base material. Friction welding is an alternative to solid join these materials and has shown good compatibility and high efficiency. The objective of this work is the analysis of the effect of the welding speed on the mechanical strength of the joints for the 6061 T6 aluminum alloy welded by FSW. From the study, we obtained curves of tensile strength, guided bending and hardness in the weld showing better behavior in specimens that were joined to a higher speed of rotation of the tool.

IMPACTS ON THE CONSUMPTION OF ELECTRIC POWER BY THE USE OF EFFICIENT REFRIGERATORS - ECUADOR CASE

Resumen En este artículo se presenta un análisis de los impactos que tendrá el programa «Renova Refrigerador», en el consumo de energía eléctrica en el Ecuador; programa que tiene como principal objetivo la renovación de refrigeradores domésticos eficientes etiquetados con A, por refrigeradores ineficientes y con una vida útil que ha sobrepasado los diez años. Su desarrollo e implementación contribuye a la reducción de consumo energético en un 8 %, motiva a la población a utilizar la energía eléctrica de manera eficiente e impulsa a la industria nacional en el uso de nuevas tecnologías incrementando así la productividad y el consumo de productos nacionales. Bajo el cumplimiento de la normativa vigente ecuatoriana y sus similares internacionales; se considera, además, la variación en el consumo eléctrico que presenta un refrigerador doméstico cuando trabaja a distintas temperaturas, determinadas por los pisos térmicos, marcados plenamente en el Ecuador por las regiones Costa, Sierra y Oriente.

Abstract This article presents an analysis of the impacts that the Renova Refrigerator program will have, on electricity consumption in Ecuador; the main objective of this program is to replace refrigerators that are more than 10 years old with efficient class “A” domestic refrigerators. The development and implementation of the program reduces energy consumption by 8%, motivates people to use electric energy efficiently and encourages the national industry to use new technologies, which increases productivity and domestic product consumption. Additionally, in compliance with the current Ecuadorian and international regulations, the variation in electricity consumption of a domestic refrigerator is evaluated when it runs at the different temperatures determined by the thermal floors, which are very distinct in the Coast, Sierra and eastern regions of Ecuador.

Tribological behavior of an austenitic stainless steel in a ball on ring tribometer Importar tabla

Resumen Se muestra la investigación realizada para la caracterización del comportamiento ante la fricción y desgaste de un acero inoxidable austenítico. Se realizaron ensayos en un tribómetro tipo bola sobre anillo con un diseño experimental basado en un arreglo de Taguchi. El material evaluado fue el acero inoxidable AISI 304 y como contraparte se usó el acero AISI 52100. A fin de estudiar la respuesta tribológica, los parámetros (y sus niveles) seleccionados fueron: velocidad de deslizamiento (0,9 m/s y 2 m/s), carga normal (9 N, 19 N y 29 N) y distancias de deslizamiento (500 m, 1000 m y 2000 m). Para las condiciones estudiadas, el coeficiente de fricción resultó en valores promedio entre 0,3227 a 0,9674, donde la carga normal fue el parámetro más influyente. Se obtuvieron valores del coeficiente de desgaste promedio en el intervalo desde 0,000860 a 0,003191. El factor que más afecta el coeficiente de desgaste es la distancia de deslizamiento. El régimen de desgaste se identificó como moderado a severo. El mecanismo de desgaste para el AISI 304 en las condiciones estudiadas fue de adhesión.

Abstract The research conducted for the characterization of the friction and wear behavior of an austenitic stainless steel is shown. Tests were performed on a ball-onring tribometer with an experimental design based on a Taguchi array. The evaluated material was AISI 304 stainless steel and AISI 52100 steel was used as a counterpart. The parameters (and their levels) selected in order to study the tribological response were: slip velocity (0.9 m/s and 2 m/s), normal load (9 N, 19 N and 29 N) and sliding distance (500 m, 1000 m and 2000 m). For the studied conditions, the coefficient of friction resulted in average values between 0.3227 and 0.9674, where the normal load was the most influential parameter. The average values of the coefficient of wear were obtained in the range from 0.000860 to 0.003191. The factor that most affects the coefficient of wear is the slip distance. The wear regime was identified as moderate to severe. The wear mechanism for AISI 304 under the studied conditions was adhesion.

Carbon monoxide concentration monitoring using long-rang technology

Resumen Se presenta un sistema de monitoreo remoto de sensores de monóxido de carbono (CO) en un hospital usando transceptores Long-Range. Un gas altamente tóxico que no puede ser detectado por el ser humano y que causa daños en la salud es el CO. Existen zonas de hospitales donde la pureza del aire es mayor a 90 % y es monitoreada continuamente. El objetivo de este trabajo fue diseñar un sistema inalámbrico que reporte a un servidor ubicado en la Internet los niveles de concentración de CO de diez sensores dispuestos en áreas de un hospital. Se implantó una red de área amplia de bajo consumo de energía, o LPWAN por sus siglas en inglés, utilizando diez transceptores de tecnología Long-Range y un gateway. Cada nodo de la LPWAN consta de un sensor de CO, un módulo de sistema de posicionamiento global, un display de cristal líquido de cuarzo, un generador de alerta, un microcontrolador y un transceptor Long-Range. Los nodos transmiten los niveles de CO al gateway y este los envía al servidor. Al detectarse un nivel de CO mayor a un valor de umbral se activa una alerta. El sistema detecta concentraciones de CO de 10 a 1000 ppm. El nodo de la red más lejano se encuentra a 1200 metros del gateway y el alcance logrado fue 11,8 kilómetros.

Abstract A remote monitoring system for carbon monoxide (CO) sensors is presented in a hospital using Long-Range transceivers. A highly toxic gas that can´t be detected by humans and causes health damage is CO. There are hospital areas where air purity is greater than 90% and monitored continuously. The objective of this work was to design a wireless system that reports to a server located on the Internet the concentration levels of CO of ten sensors arranged in areas of a hospital. A low-power wide area network (LPWAN) was deployed using ten Long-Range technology transceivers and a gateway. Each node of the LPWAN consists of a CO sensor, a global positioning system module, a quartz liquid crystal display, an alert generator, a microcontroller and a Long-Range transceiver. The nodes transmit the CO levels to the gateway and the gateway sends them to the server. When a CO level higher than a threshold value is detected, an alert is triggered. The system detects CO concentrations of 10 to 1,000 ppm. The farthest network node is located 1,200 meters from the gateway and the range achieved was 11.8 Kilometers.

Design of a tsunami early warning system for ecuador based on satellite terminals

Resumen El terremoto de Ecuador ocurrido el 16 de abril de 2016, con una magnitud de 7.8, generó un pequeño tsunami local, evento registrado claramente por el sistema de boyas DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis), el cual le tomó menos de diez minutos en arribar a las costas de Esmeraldas. Ecuador tiene el riesgo de un tsunami de gran magnitud cerca de su costa. Bajo el escenario de un tsunami cerca de la costa ecuatoriana, un sistema de alerta Temprana de tsunami para alertar a las ciudades costeras vulnerables basado en las lecturas de las boyas de tsunami localizadas en aguas ecuatorianas es mandatorio. Este artículo describe el diseño de un sistema de alerta temprana para la costa ecuatoriana basado en terminales satelitales de ráfaga corta instalados en las boyas de tsunami cerca de la costa ecuatoriana y sirenas de alerta temprana localizadas en ciudades costeras. El sistema propuesto instalado en las boyas de tsunami tiene acceso a las lecturas del BPR (Bottom Pressure Recorder). En caso de un evento de tsunami registrado por el BPR, el sistema automáticamente envía una trama de datos para activar las sirenas de alerta temprana en las ciudades costeras. El sistema propuesto se basa en microcontroladores de bajo costo con código abierto y paneles solares con ultracapacitores como unidad de almacenamiento de energía para asegurar larga duración sin mantenimiento significativo. Basados en las pruebas de campo, este diseño para un sistema de alerta temprana de tsunami totalmente autónomo resultó apropiado para proteger a la población de las ciudades costeras ecuatorianas.

Abstract The Ecuador earthquake on April 16, 2016, with a moment magnitude of 7.8, generated a small local Tsunami event clearly registered by the DART (Deepocean Assessment and Reporting of Tsunamis) buoy system which took less than 10 minutes to arrive to the coast of Esmeraldas. Ecuador has the risk of a major Tsunami event occurring near to its shore. Under this scenario of a Tsunami event near to Ecuadorian shore, a Tsunami Early Warning System to alert vulnerable coastal cities based on the readings from the Tsunami Buoys located at Ecuadorian waters is mandatory. This paper describes the design of a Tsunami Early Warning System for Ecuadorian Coast based on short-burst satellite terminals installed on Tsunami buoys near the Ecuadorian shore and early warning siren located at coastal cities. The system installed on the Tsunami buoy has access to the BPR (Bottom Pressure Recorder) readings; in case of a Tsunami event registered by the BPR, the system automatically sends a data frame to trigger the early warning siren at the coastal cities. The proposed system is based on low cost microcontrollers with open source code and solar panels with ultracapacitors as energy storage unit to ensure high endurance without significant maintenance. Based on the field test results, this design for a fully autonomous early warning Tsunami System turned out as potentially appropriate to protect the population of Ecuadorian coastal cities.

APPLICATION OF LMI TO THE DESIGN OF ROBUST CONTROLLERS

Resumen El diseño de controladores precisos en presencia de incertidumbre significativa requiere el uso de controladores robustos. Una gran variedad de especificaciones y restricciones de diseño de sistemas de control pueden ser expresadas en términos de desigualdades matriciales lineales (LMI-Linear Matrix Inequalities), las mismas que son resueltas mediante algoritmos de optimización convexa. En este artículo se presenta el diseño de controladores robustos mediante LMI para sistemas típicos cuyos modelos son obtenidos de la literatura de control a los cuales se completa con la incertidumbre de parámetros. Los controladores diseñados utilizan la realimentación de estados del sistema.

Abstract The design of precise controllers in presence of significant uncertainly requires the use of robust controllers. A variety of specifications and design constraints for control systems can be expressed in terms of Linear Matrix Inequalities (LMI), which are solved using Convex Optimization algorithms. This article presents the design of robust controllers using LMI for typical systems whose models are obtained from the control literature to which are complemented with parameter uncertainty. The designed controllers use system state feedback.