Ingenius. Revista de Ciencia y Tecnología

Technological innovation of a Comprehensive system to monitor Electric consumption

Resumen El presente trabajo se enfocó en el diseño e implementación de un sistema integral para monitorear local y remotamente, el consumo eléctrico generado en los diferentes ambientes dentro de un hogar. De esta manera, se consideró la creación de un prototipo capaz de medir la corriente consumida cada minuto, por las diferentes cargas conectadas a la red eléctrica en los ambientes de un hogar. Se utilizó una red inalámbrica basada en la tecnología Zigbee para la transmisión de los datos desde los prototipos hasta un servidor que se encarga de recibir los datos cuando exista un consumo de electricidad en el hogar. Los datos son procesados y posteriormente almacenados en una base de datos. Finalmente, se implementó una página web que muestra gráficamente un historial del consumo eléctrico, a la que el usuario puede acceder local o remotamente y monitorear de forma rápida y práctica el consumo eléctrico en el hogar. Para el desarrollo de este sistema integral se analizó el funcionamiento de sensores de corriente, divisores de voltaje, módulos Xbee, y se desarrolló la aplicación con el uso de software Open Source como Java, MySQL y PHP. Actualmente, el usuario cuenta tan solo con las lecturas mensuales, entregadas por el proveedor de servicio de electricidad, desconociendo la realidad sobre los ambientes críticos dentro de su casa. Mediante el sistema propuesto, el usuario podrá conocer en todo lugar y en cualquier momento el consumo eléctrico generado en áreas específicas, y así tomar medidas oportunas de ahorro energético.

Abstract The present work focused on the design and implementation of an integral system to monitor, locally and remotely, the electrical consumption generated in the different environments within a home. In this way, it was considered the creation of a prototype capable of measuring the current consumed every minute, by the different loads connected to the electrical network in different environments of a home. A wireless network based on Zigbee technology was used to transmit the data from the prototypes to a server that is responsible for receiving the data when there is a consumption of electricity in the home. The data is processed and subsequently stored in a database. Finally, a web page was implemented that graphically shows a history of electricity consumption, which the user can access locally or remotely and quickly and practically monitor the electricity consumption within the home. For the development of this integral system, the operation of current sensors, voltage dividers, Xbee modules was analyzed, and the application was developed with the use of Open Source software such as Java, MySQL and PHP. Currently, the user only has the monthly readings, delivered by the electricity service provider, ignoring the reality about critical environments within the home. Through the proposed system. The user can know in any place and at any time the electricity consumption generated in specific areas, and thus take appropriate energy saving measures.

Análisis de la contaminación ambiental producida por el plasma frío de baja presión en la limpieza de láminas metálicas

Resumen La presente investigación aborda un análisis del nivel de contaminación producido por los gases generados de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) y los hidrocarburos (HC) en la limpieza de láminas metálicas de acero inoxidable AISI/SAE 304 aplicando plasma frío de oxígeno a baja presión para la remoción de los aceites ISO 32, ISO 68 e ISO 220, con diferentes parámetros de control del generador de acuerdo con el aceite lubricante removido de la superficie de la lámina metálica de acero inoxidable. La experimentación se realizó en un primer proceso con una descarga aplicada directamente a la superficie de la lámina impregnada con el aceite colocando con un volumen de 0,1 ml y en un segundo proceso donde la lámina con el aceite impregnado fue sumergida en un desengrasante para aceites y grasas con la finalidad de realizar una limpieza previa a la aplicación del plasma frío a baja presión en la superficie. Para el análisis de los resultados en el nivel de gases generados por cada aceite se aplica un análisis estadístico para determinar si existe una diferencia significativa en el nivel de los gases generados en las dos etapas.

Abstract The present investigation addresses an analysis of the level of contamination produced by gases generated from carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and hydrocarbons (HC) in the cleaning of metallic sheets of stainless steel AISI / SAE 304 when applying low pressure cold oxygen plasma for the removal of oils ISO 32, ISO 68 and ISO 220, with different generator control parameters according to the lubricating oil removed from the surface of the stainless steel sheet metal. The experimentation was carried out in a first phase in which a discharge was applied directly to the surface of the sheet contaminated with a volume of 0.1 ml of oil, and in a second phase in which the sheet with the oil was immersed in an oil degreaser to perform a pre-cleaning prior to the application of lowpressure cold plasma on the surface. For the analysis of the results in the level of gases generated by each oil, an statistical analysis is applied to determine if there is a significant difference in the level of the gases generated between the two phases.

Evaluación de modelos de turbulencia para el flujo de aire en una tobera plana

Resumen En los flujos de gas a velocidades supersónicas se producen ondas de choque, separación del flujo y turbulencia debido a cambios repentinos de la presión. El comportamiento del flujo compresible se puede estudiar mediante equipos experimentales o por métodos numéricos con códigos de la dinámica de fluidos computacional (DFC). En el presente trabajo, el flujo de aire se simula en un dominio computacional 2D con el código ANSYS-Fluent versión 12.1 para la geometría de una tobera plana, utilizando la ecuación de Navier- Stokes de número de Reynolds promedio (NSRP), con el objetivo de evaluar cinco modelos de turbulencia: SST , estándar, estándar, de transición y RSM. Se obtuvieron resultados numéricos de perfiles de presión estática para las paredes de la tobera y de formas de ondas de choque en el campo de flujo, para dos condiciones de relaciones de presión rp = 2, 008 y rp = 3, 413, los cuales fueron comparados con los datos experimentales del trabajo de Hunter. Se concluye que los resultados numéricos obtenidos con el modelo de turbulencia SST de Menter (1994) están más ajustados a los datos experimentales de presión estática y de formas de ondas de choque.

Abstract In gas flows at supersonic speeds, shock waves, flow separation and turbulence are produced due to sudden changes in pressure. The behavior of the compressible flow can be studied by experimental equipment or by numerical methods with codes of the computational fluid dynamics (CFD). In the present work, the air flow is simulated in a 2D computational domain with the ANSYS-Fluent code version 12.1 for the geometry of a planar nozzle, using the Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equation, with the objective of evaluating five turbulence models: SST , standard, standard, of transition and RSM. Numerical results of static pressure profiles were obtained for the walls of the nozzle and of the shock wave forms in the flow field, for two conditions of pressure ratios rp = 2, 008 and rp = 3, 413, which were compared with the experimental data of Hunter’s work. It is concluded that the numerical results obtained with the turbulence model SST of Menter (1994) are more adjusted to the experimental data of static pressure and shock wave forms.

Detección de fallas en motores de combustión mediante indicadores de temperatura y presión de inyección

Resumen El presente trabajo tiene como objetivo proponer indicadores para la detección temprana de fallas en los motores combustión interna de los grupos electrógenos de fueloil a partir de la presión de inyección y temperatura de la cámara de combustión. Como caso de estudio fueron evaluados los grupos de generación de la Empresa de Mantenimiento a los Grupos Electrógenos Fueloil (EMGEF) en la provincia cubana de Granma. Para el experimento se utilizó un diseño multifactorial usando como factores principales los 16 motores, los 9 cilindros de cada motor y un tiempo de trabajo de 3 años. El estudio demostró que la presión y la temperatura son indicadores significativos en las fallas de los motores, además de que el número de fallas detectadas por temperatura fueron más significativas que las reportadas por la presión de inyección. Se concluye que las altas temperaturas en los cilindros generalmente están relacionadas con un alto índice de gases y un deficiente estado de los inyectores. Las diferencias entre las presiones están relacionadas con la baja hermeticidad y el estado técnico de los elementos del sistema de alimentación.

Abstract The present work aims at propose indicators for the early detection of faults in the internal combustion engines of the Fuel-Oil generating sets from the injection pressure and temperature of the combustion chamber. As a case study, the generation groups of the Maintenance Company to the Fuel-Oil Generating Sets (EMGEF) in the Cuban province of Granma were evaluated. For the experiment, a multifactorial design was used, using as main factors the 16 engines, the 9 cylinders of each engine, and a working time of 3 years. The study demonstrated that pressure and temperature are significant indicators of the engine failure, besides that the number of detected faults by temperature were more significant than those reported by the injection pressure. It is concluded that the high temperatures in the cylinders are generally related to a high index of gases and a poor state of the injectors. The differences between the pressures are related to the low hermeticity and the technical state of the elements of the feeding system.

Performance of columnar database

Resumen En la actualidad para el éxito de las empresas es decisiva la capacidad de procesar de manera eficiente una considerable cantidad de datos de una amplia gama de fuentes en cualquier lugar y momento. El análisis de datos se convierte en una estrategia clave para la mayoría de las grandes organizaciones para lograr una ventaja competitiva. Por tanto, surgen nuevas cuestiones a ser tomadas en cuenta a la hora de almacenar y consultar cantidades masivas de datos que, en general, las bases de datos relacionales tradicionales no pueden abarcar. Estas cuestiones incluyen desde la capacidad de distribuir y escalar el procesamiento o el almacenamiento físico, hasta la posibilidad de utilizar esquemas o tipos de datos no usuales. El objetivo principal de la investigación es evaluar el rendimiento de las bases de datos columnares en analítica de datos. Efectuar una comparación con bases de datos de tipo relacional, para determinar su eficiencia, realizando mediciones en distintos escenarios de pruebas. El presente estudio pretende proporcionar (evidencia científica) un instrumento que facilite a los profesionales interesados en la analítica de datos una base para sus conocimientos, al incluir cuadros y tablas comparativos con datos cuantitativos con los que se pueda sustentar las conclusiones de esta investigación. Se usa una metodología aplicada y de diseño descriptivo cuantitativo-comparativo al ser el que mejor se ajusta al estudio de características de eficiencia de bases de datos. En la medición se usa el método de promedios para n número de tomas y se soporta en la herramienta Aqua Data Studio que garantiza una alta confiabilidad al ser un programa especializado para la administración de bases de datos. Finalmente, se ha logrado determinar que las bases columnares tienen un mejor rendimiento en ambientes de análisis de datos.

Abstract Companies’ capacity to efficiently process a great amount of data from a great variety of sources anywhere and anytime is essential for them to succeed. Data analysis becomes a key strategy for most of large organizations for them to get a competitive advantage. Hence, when massive amounts of date are to be stored, new questionings arise for consideration, because traditional relational database are not capable to lodge them. Such questions include aspects that go from the capacity to distribute and escalate the physical storage to the possibility of using schemes or non-usual types of data. The main objective of the research is to evaluate the performance of the columnar databases in data analytics. Make a comparison with relational databases, to determine their efficiency, making measurements in different test scenarios. The present study aims to provide (scientific evidence) an instrument that provides professionals interested in data analytics with a base for their knowledge, to include comparative tables with quantitative data that can support the conclusions of this research. A methodology of applied type and quantitative-comparative descriptive design is used, as it is the one that best adjusts to the study of database efficiency characteristics. In the measurement the averages method is used for n number of shots and it is supported in the Aqua Data Studio tool that guarantees a high reliability as it is a specialized software for the administration of databases. Finally, it has been determined that the columnar bases have a better performance in data analysis environments.

Evaluación de la gestión del mantenimiento en hospitales del instituto ecuatoriano de seguridad social de la zona 3 del Ecuador

Resumen Los fallos en la infraestructura hospitalaria tienen consecuencias inestimables debido a que involucra la vida humana, por lo que los riesgos potenciales que contribuyen al fallo de equipos médicos e infraestructura hospitalaria, tienen que ser identificados, reducidos o eliminados; para ello el mantenimiento y su gestión es una herramienta que se enfoca en asegurar el funcionamiento de un equipo. El propósito de este trabajo fue el obtener una valoración cuantitativa de la gestión del mantenimiento en los hospitales del Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social de la Zona 3 del Ecuador. La metodología empleada consta de cinco fases, empezando por la selección de criterios de evaluación, ponderación de criterios, desarrollo del instrumento de evaluación, la validación del instrumento aplicándolo a cuatro hospitales de la Zona 3 del Ecuador; finalmente, la identificación de aspectos con bajo desempeño. Los resultados muestran que la gestión de mantenimiento de los hospitales de la Zona 3, alcanzaron una valoración cuantitativa promedio de 55,5/100 puntos. En tres hospitales se evidencian debilidades estructurales que comprometen el logro de los objetivos del departamento de mantenimiento, pero existen procesos viables que pueden ser implantados para superar las deficiencias e incrementar el nivel de cumplimiento de las exigencias. Se concluye que la planificación, programación y control del mantenimiento es el criterio con más potencial para mejorar.

Abstract The hospital infrastructure failures have an inestimable impact because they put human lives at stake. Therefore, potential risks contributing to the medical equipment and hospital infrastructure failure must be identified, reduced or eliminated. The maintenance and its management constitute a tool that ensures the equipment performance. The aim of this work was to obtain quantitative data of the maintenance management at the hospitals of Zone 3 of the Ecuadorian public health system. The methodology consists of five phases: assessment criteria selection, criteria weighting, assessment instrument development, validation of the instrument by applying it to the four hospitals of the zone 3 in Ecuador, and identification of low-performing aspects. The results demonstrate that the maintenance management of the hospitals in Zone 3 reached a quantitative average value of 55,5/100 points. There are structural deficiencies comprising the achievement of the maintenance department goals in three hospitals, yet there are doable processes that can be implemented to overcome deficiencies and increase the level of requirements fulfillment. We conclude that the criterion of maintenance planning, programming is highly likely to improve.

Sistema de monitorización de puertas y ventanas de un centro de datos con IOT

Resumen En este trabajo se presenta la construcción de un prototipo de un sistema de monitorización de puertas y ventanas a través de una plataforma IoT. El objetivo fue diseñar un sistema que reporte a un servidor en la nube el cambio de estado, abierta o cerrada, de tres puertas y dos ventanas de la sala de equipos del centro de datos. Los cambios de estado son registrados por el servidor y por medio de una interfaz de usuario se muestran en línea los estados de las puertas y ventanas. La arquitectura del sistema se basa en una red inalámbrica de sensores integrada por un nodo central y cinco nodos de monitorización. Los nodos de monitorización están compuestos por una tarjeta PyBoard, dos sensores digitales de efecto Hall y una interfaz inalámbrica wifi. Al detectar un cambio de estado en puertas y ventanas, los nodos de monitorización lo notifican al nodo central, y este lo transmite al servidor por medio de un punto de acceso wifi. Cuando una puerta o ventana permanece abierta más de un período de tiempo configurable, se envía un mensaje SMS y de WhatsApp a un teléfono móvil. El alcance logrado en la transmisión wifi en la red fue 47 metros con línea de vista.

Abstract This paper presents the construction of a prototype of a door and window monitoring system through an IoT platform. The objective was to design a system that reports to a server in the cloud the change of state, open or closed, of three doors and two windows of the equipment room of the data center. The changes of state are registered by the server and by means of a user interface the status of doors and windows is displayed online. The architecture of the system is based on a wireless sensor network integrated by a central node and five monitoring nodes. The monitoring nodes consist of a PyBoard card, two digital Hall effect sensors and a WiFi wireless interface. When detecting a change of state in doors and windows, the monitoring nodes notify it to the central node, and this transmits it to the server through a WiFi access point. When a door or window remains open for more than a configurable period of time, an SMS and WhatsApp message is sent to a mobile phone. The reach achieved in the WiFi transmission on the network was 47 meters with line of sight.

Evaluación de propiedades mecánicas en recubrimientos galvanizados por doble inmersión en caliente sobre acero al carbono

Resumen Poco se conoce sobre las condiciones operacionales, la microestructura y propiedades de los recubrimientos fabricados por doble inmersión en caliente. Este trabajo tiene como objetivo evaluar propiedades mecánicas de recubrimientos Zn/Zn-5%Al aplicados por la técnica de doble inmersión en caliente, variando los tiempos de inmersión en los baños líquidos. Para la evaluación se realizaron perfiles de microdureza Vickers y ensayos de doblez. Los perfiles de microdureza para diferentes tiempos de inmersión presentan similitudes, mostrando gran heterogeneidad debido a las características microestructurales. Se observa que al aumentar el tiempo de inmersión disminuye el ángulo crítico y el tiempo de inmersión no influye significativamente en la densidad de grietas confinadas y no confinadas. Se concluye que la ductilidad de los recubrimientos se ve influenciada por el espesor total de los mismos, y posiblemente por el espesor de las diferentes zonas y esfuerzos residuales, siendo las muestras recubiertas con tiempo de inmersión de 60 segundos, las que presentan mejor comportamiento ante el ensayo de doblez.

Abstract Few is known about the operational conditions, the microstructure and properties of the coatings manufactured by double-dip hot. The objective of this work is to evaluate mechanical properties of Zn / Zn-5%Al coatings applied by the double-dip hot technique, varying the immersion times in liquid baths. For the evaluation Vickers microhardness profiles and bending tests were made. The microhardness profiles for different immersion times show similarities, showing great heterogeneity due to the microstructural characteristics. It is observed that increasing the immersion time decreases the critical angle and the immersion time does not significantly influence the density of confined and unconfined cracks. It is concluded that the ductility of the coatings is influenced by the total thickness of the same, and possibly by the thickness of the different areas and residual stresses, the samples being coated with a 60 s immersion time, which present better behavior the bending test.

Rendimiento y eficiencia de distintas técnicas de control en un calefón eléctrico

Resumen El calentamiento de agua en el sector residencial ecuatoriano se ha convertido en un espacio de investigación y desarrollo, debido al intento de mitigar el gasto corriente de las personas y a la vez contribuir de manera activa a los procesos de eficiencia energética que van tomando fuerza en el país. En el presente documento se muestra un análisis comparativo entre diferentes maneras de controlar la temperatura del agua para un sistema residencial utilizando un calentador eléctrico; se analizó la respuesta de un conversor AC/AC de control de fase directa que permite retrasar el ángulo de disparo de la onda de corriente alterna y la respuesta del control ON/OFF que activa o desactiva el calentador durante un número preestablecido de semiciclos de corriente alterna. Para las pruebas se instaló un prototipo de calentador eléctrico con un serpentín de 14 metros a base de resistencias eléctricas; con las respuestas de temperatura que se generan de cada conversor se procedió a identificar la función de transferencia de cada sistema ya que ambos difieren en su técnica de transmisión de calor y a la vez en su modelo matemático. Posteriormente se procedió a sintonizar un controlador PID para cada sistema, obteniendo buenos resultados de respuesta de temperatura en ambos casos, pero solo uno resultó eficiente en ahorro energético.

Abstract Water heating in the Ecuadorian residential sector has become a space for research and development, due to the attempt to mitigate the current spending of people and at the same time contribute actively to the energy efficiency processes that are gaining strength in the country. This document shows a comparative analysis between different ways of controlling the water temperature for a residential system using an electric heater; the response of a direct phase control AC / AC converter was analyzed, which allows to delay the firing angle of the AC wave and the response of the ON / OFF control that activates or deactivates the heater during a pre-established number of half-cycles of current alternating, for the tests a prototype of electric heater was implemented with a coil of 14 meters based on electrical resistances, with the temperature responses that are generated from each converter, we proceeded to identify the transfer function of each system since both differ in its heat transmission technique and at the same time in its mathematical model, a PID controller was then tuned for each system, obtaining good results of temperature response in both cases but only one was efficient in energy saving.

Caracterización mecánica a flexión de materiales compuestos con matriz fotopolimérica reforzados con fibras de abacá y cabuya mediante impresión 3d

Resumen Los materiales compuestos y la fabricación por impresión 3D son en la actualidad una alternativa en la fabricación de autopartes. La presente investigación tuvo como objetivo caracterizar el material compuesto con matriz de resina fotopolimérica reforzada con fibras naturales de abacá y cabuya fabricados por impresión 3D, para su aplicación en la fabricación de autopartes. Como objeto de estudio se seleccionó la rejilla direccional del ducto de aire acondicionado de un automotor; mediante análisis experimental y simulación computacional se compararon sus características mecánicas. Para la fabricación de las probetas de ensayos se propuso una fracción volumétrica de fibra refuerzo del composite del 20 % en los dos tipos de fibras, el ensayo a flexión se procedió según la norma ASTM 790. Como resultado de la caracterización mecánica de los materiales fabricados se obtuvo que el esfuerzo máximo a flexión de los compuestos reforzados con abacá (77,53 MPa) y cabuya (83,26 MPa) disminuyeron con respecto al material matriz (92,77 MPa). El módulo de elasticidad a la flexión que presentaron compuestos reforzados con abacá (2211,33 MPa) y cabuya (1806,03 MPa) aumentaron con respecto al material matriz (1689,64 MPa), lo que se traduce en un aumento de la rigidez de los materiales caracterizados, haciendo posible la sustitución del material matriz.

Abstract Composite materials and the manufacture of auto parts by 3D printing, is currently an alternative in the manufacture of automotive auto parts. The objective of the present investigation was to characterize the composite material with a photopolymer resin matrix reinforced with natural abaca and cabuya fibers manufactured by 3D printing, for its application in automotive autoparts manufacturing. As an object of study, the directional grid of the air conditioning duct of an automotive vehicle is selected, which by means of an experimental analysis and computational simulation, compares its mechanical characteristics; For the manufacture of the test specimens, a composite volumetric reinforcement fiber fraction of 20% was proposed in the two types of fibers, the bending test was carried out according to the ASTM 790 standard. As a result of the mechanical characterization of the manufactured materials it was obtained that the maximum bending stress of the compounds reinforced with abaca (77,53 MPa) and cabuya (83,26 MPa) decreased with respect to the matrix material (92,77 MPa), the modulus of elasticity to flexion that had reinforced compounds with abaca (2211,33 MPa) and abuya (1806,03 MPa) increased with respect to the matrix material (1689,64 MPa), which translates into an increase in the rigidity of the characterized materials, making possible the substitution of the matrix material.

Análisis del almacenamiento en sistemas de gas licuado de petróleo: tanques estacionarios vs. cilindros

Resumen En el Ecuador se utiliza el gas licuado de petróleo (GLP) como fuente de energía para equipos residenciales, comerciales e industriales. En estado natural este combustible se encuentra en fase gaseosa, pero por facilidad de transporte y almacenamiento es licuado y depositado en recipientes denominados cilindros (por recambio) o tanques (estacionarios), donde se vuelve a gasificar para su consumo. El presente trabajo mide el GLP remanente que es devuelto en cilindros a las comercializadoras por veinte usuarios comerciales e industriales en el Ecuador durante un mes, 8 con cilindros de 15 kg y 12 con cilindros de 45 kg. El promedio de devolución fue de 3,82 kg/cil. (25,49 %) y 9,69 kg/cil. (21,54 %) respectivamente. Luego se verificaron ocho parámetros de seguridad contemplados en la norma técnica vigente en el Ecuador para estas veinte instalaciones, y se presentan los resultados de aquellos usuarios que no cumplen con estos parámetros. Finalmente, se entregan algunos argumentos sobre por qué existen ventajas económicas y de seguridad en el almacenamiento de GLP en tanques estacionarios sobre cilindros.

Abstract In Ecuador, liquefied petroleum gas (LPG) is used as an energy source for residential, commercial and industrial equipment. In natural state this fuel is in gas phase, but for ease of transport and storage is liquefied and deposited in containers called cylinders (by spare) or tanks (stationary), where it is re-gasified for consumption. The present work measures the remaining LPG that is returned in cylinders to the marketers by 20 commercial and industrial users in Ecuador during a month, 8 with 15 kg cylinders and 12 with 45 kg cylinders. The average return was 3.82 kg/cil. (25.49%) and 9.69 kg/cil. (21.54%) respectively. Then, 8 safety parameters contemplated in the current Technical Standard in Ecuador were verified for these 20 facilities, and the results of those users who do not comply with these parameters are presented. Finally some arguments are given as to why there are economic and security advantages in the storage of LPG in stationary tanks on cylinders.