Ingenius. Revista de Ciencia y Tecnología

Estudio experimental y numérico de la presión del flujo de agua en un tubo venturi

Resumen El tubo Venturi es un dispositivo utilizado para medir el caudal en diferentes procesos de la industria. En el presente trabajo, se realiza un estudio para dos casos, uno experimental y otro numérico de la presión ejercida por el flujo de agua en las paredes de un tubo Venturi. En el primer caso, se realizan cinco experimentos con diferentes caudales. En el segundo, el flujo se simula para dos tipos de mallas y dos modelos de turbulencia, utilizando el código COMSOL Multhiphysics 4.3. Los resultados experimentales y numéricos mostraron que las presiones del flujo sobre las paredes en dos referencias identificadas C y G mantienen constante su magnitud; además, los perfiles numéricos mostraron que la menor caída de presión se presenta en la pared a la entrada y salida de la sección de la garganta. Se concluye que, la distribución de la presión del flujo en la pared de la sección de la garganta tiene un perfil convexo, y los resultados de presiones obtenidos para el modelo de turbulencia k-e estándar, se ajustan más a los datos experimentales.

Abstract The Venturi tube is a device used to measure the flow rate in different industrial processes. In the present work, a study is carried out for two cases, one experimental and another numerical of the pressure exerted by the flow of water on the walls of a Venturi tube. In the first case, five experiments with different flow rates are carried out. In the second, the flow is simulated for two types of meshes and two turbulence models, using the code COMSOL Multhiphysics 4.3. The experimental and numerical results showed that the pressures of the flow on the walls in two references identified as C and G keep their magnitude constant; in addition, the numerical profiles showed that the lowest pressure drop occurs in the wall at the inlet and outlet of the throat section. It is concluded that, the distribution of the flow pressure in the wall of the throat section has a convex profile, and the results of pressures obtained for the standard k − e turbulence model are more adjusted to the experimental data.

Análisis del comportamiento de las emisiones de CO₂, CO y del factor lambda de un vehículo con sistema de inyección convencional con catalizador y sin catalizador

Resumen El análisis del comportamiento de emisiones de CO, CO2 sirve para determinar el comportamiento del ciclo de trabajo del motor, además de la verificación de la gráfica del factor lambda, para lo cual se realiza el estudio de la importancia de un catalizador porque en algunas ocasiones los propietarios de los vehículos deciden eliminar el convertidor catalítico de la línea de salida de los gases combustionados del motor y así circulan por las vías del Ecuador desconociendo la afectación hacia la salud de los ciudadanos y la contaminación directa hacia el medioambiente. Con el análisis del funcionamiento y características de las emisiones contaminantes de un motor de combustión interna ciclo Otto se generan modelos de control para la proyección de la cantidad de gases contaminantes que se emiten al eliminar el convertidor catalítico y de tal forma establecer los niveles de emisiones que un vehículo sin catalizador genera, a pesar de que el motor se encuentre en óptimas condiciones de funcionamiento en diferentes regímenes de giro.

Abstract The analysis of the behavior of emissions of CO, CO2 are clear to determine the behavior of the engine work cycle in addition to the verification of the graph of the lambda factor, for which the study of the importance of a catalyst is performed because some Sometimes the owners of the vehicles decide to eliminate the catalytic converter from the output line of the combustion gases of the engine and circulate along the roads of Ecuador ignoring the impact on the health of citizens and direct pollution towards the environment. With the analysis of the operation and characteristics of the pollutant emissions of an internal combustion engine Otto cycle, control models are generated for the projection of the amount of pollutant gases that are emitted when eliminating the catalytic converter and thereby establishing the emission levels that a vehicle without a catalyst is generated despite the fact that the engine is in optimal operating conditions at different speeds.

Predicción de emisiones de co y hc en motores otto mediante redes neuronales

Resumen En el presente trabajo se explica la aplicación de RNA (redes neuronales artificiales) para la predicción de emisiones contaminantes generadas por fallas mecánicas en motores de encendido provocado, de la cual se puede cuantificar el porcentaje de CO (% monóxido de carbono) y el particulado por millón HC (ppm hidrocarburos sin quemar), a través del estudio de la fase de admisión del ciclo Otto, la cual es registrada por medio de la implementación física de un sensor MAP (Manifold Absolute Pressure). Se aplica un riguroso protocolo de muestreo y consecuente análisis estadístico. La selección y reducción de atributos de la señal del sensor MAP se realiza en función del mayor aporte de información y diferencia significativa con la aplicación de tres métodos estadísticos (ANOVA, matriz de correlación y Random Forest), de la cual se obtiene una base de datos que permite el entrenamiento de dos redes neuronales feed-forward backpropagation, con las cuales se obtiene un error de clasificación de 5.4061e−9 y de 9.7587e−5 para la red neuronal de CO y HC respectivamente.

Abstract This paper explains the application of RNA (artificial neural networks) for the prediction of pollutant emissions generated by mechanical failures in ignition engines, from which the percentage of CO (% carbon monoxide) and the particulate can be quantified. Per million HC (ppm unburned hydrocarbons), through the study of the Otto cycle admission phase, which is recorded through the physical implementation of a MAP sensor (Manifold Absolute Pressure). A rigorous sampling protocol and consequent statistical analysis is applied. The selection and reduction of attributes of the MAP sensor signal is made based on the greater contribution of information and significant difference with the application of three statistical methods (ANOVA, correlation matrix and Random Forest), from which a base of data that allows the training of two neural networks feed-forward backpropagation, with which we obtain a classification error of 5.4061e−9 and 9.7587e−5 for the neural network of CO and HC respectively.

Efecto de la composición química del baño en la microestructura y resistencia a la corrosión de los recubrimientos de zinc por inmersión en caliente: una revisión

Resumen Los recubrimientos metálicos son métodos ampliamente utilizados para la protección contra la corrosión de aleaciones metálicas, siendo el proceso de cincado por inmersión en caliente uno de los que presenta mayor evolución a nivel industrial. El objetivo de este trabajo es realizar una revisión bibliográfica sobre la influencia de la adición de elementos aleantes en el baño, en la microestructura y en el comportamiento a la corrosión de recubrimientos de zinc obtenidos por la técnica de inmersión en caliente. Se estableció que la composición química de los baños galvanizados influye en las características microestructurales de los recubrimientos y en su comportamiento a la corrosión. La mejora de la resistencia a la corrosión de los recubrimientos de zinc se produce por la adición a los baños de elementos generalmente más activos que el zinc, tales como el magnesio o el aluminio que permiten la formación de capas pasivas que retardan el proceso corrosivo.

Abstract Metal coatings are widely used methods for corrosion protection of metal alloys, the hot dip galvanizing process being one of the most industrially evolved. The objective of this work is to carry out a literature review, on the influence of the addition of alloying elements in the bathroom, on the microstructure and on the corrosion behavior of zinc coatings obtained by hot dipping technique. It was determined that the chemical composition of the galvanized baths influences the microstructural characteristics of the coatings and their corrosion behavior. The improvement of the corrosion resistance of zinc coatings is produced by the addition to the baths of elements generally more active than zinc, such as magnesium or aluminum that allow the formation of passive layers that retard the corrosive process.

Número de coeficientes del filtro de las subportadoras en el sistema gfdm: efecto en el desempeño

Resumen El GFDM (Generalized Frequency Division Multiplexing) es un esquema de transmisión multiportadora no ortogonal propuesta para la quinta (5G) y futura generación de redes inalámbricas. Por sus atractivas propiedades, está siendo investigada como una forma de onda a ser considerada para los futuros sistemas de redes de comunicaciones. La GFDM es introducida como una generalización del ampliamente utilizado esquema de modulación OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) y usa un único prefijo cíclico (Cyclic Prefix, CP) para un grupo de símbolos. El objetivo principal de este trabajo es presentar cómo impacta la cantidad de coeficientes del filtro de las subportadoras en el desempeño del sistema. Se emplea un método simple para el cálculo de los coeficientes del filtro prototipo. Además, se presenta una estructura para la GFDM aprovechando la estructura de modulación matricial. Se evaluó la tasa de error de bit (Bit Error Rate, BER) usando los modelos de receptores presentados en este trabajo. Los resultados muestran que el BER es afectado según la cantidad de coeficientes del filtro prototipo. Basado en los resultados obtenidos, la cantidad de coeficientes tiene relación con el número de intervalos de tiempo del sistema GFDM.

Abstract Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM) is a non-orthogonal multicarrier transmission scheme proposed for fifth (5G) and future generation wireless networks. Due to its attractive properties, it has been recently discussed as a candidate waveform for the future wireless communication systems. GFDM is introduced as a generalized form of the widely used Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) modulation scheme and it uses only one cyclic prefix (CP) for a group of symbols. The main focus of this work is to present like impact on the system performance the coefficient quantity of the subcarrier filter. A simple method for the computation of the coefficients of the prototype filter is employed. Besides, it is presented a structure for the GFDM by taking advantage of the arrangement in the modulation matrix. We evaluated the Bit Error Rate (BER) using the receiver models presented in this work. The results showed that the BER is affected according to the coefficients quantity of the prototype filter. Based on the obtained results, the coefficients quantity has a relation with the number of time slots of the GFDM system.

Fabricación de materiales compuestos de alto rendimiento medioambiental con resina epoxi de origen renovable y núcleos ligeros permeables para infusión asistida por vacío

Resumen Este trabajo se centra en la fabricación y caracterización de nuevos materiales tipo sándwich híbridos de bajo peso, con diferentes configuraciones de apilamiento de refuerzo de basalto y lino tratadas previamente con silanos. Para aligerar el peso y facilitar la fabricación, se empleó un núcleo de poliéster no tejido que, además de aligerar el peso del compuesto también actuó como medio de difusión de la resina. Se empleó una resina epoxi de origen parcialmente renovable con un diluyente reactivo derivado de aceites vegetales epoxidados que contribuye a un 31 % de origen renovable. Los compuestos híbridos se fabricaron mediante moldeado por infusión de resina asistida por vacío (VARIM), donde el núcleo se utilizó como medio de infusión de la resina. Las propiedades mecánicas se evaluaron en condiciones de impacto y de flexión. La interacción en la intercara fibra-matriz se evaluó por medio de microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM). Los datos revelaron que el tratamiento de silanos funciona mejor en las fibras de basalto que en las fibras de lino, resultando en propiedades a flexión superiores en las estructuras donde estas fibras están presentes. Cabe mencionar que la distribución de apilamiento influye directamente en las propiedades a flexión, pero no afecta en la absorción de energía en condiciones de impacto.

Abstract This work focuses on the manufacturing and characterization of novel and lightweight hybrid sandwichtype structures, using different stacking sequences of flax and basalt fabrics as reinforcement fibers, both of them previously silanized. To reduce the overall weight and facilitate the manufacturing process, a polyester non-woven core, was used which, besides reducing the weight of the composite it also acts as a media to spread the resin. These composites were manufactured with a partially bio-based epoxy resin with a reactive diluent derived from epoxidized vegetable oils that contributes to a 31 % of biobased content. The hybrid composites were obtained by vacuum-assisted resin infusion moulding (VARIM), where the core was used as a media to spread the resin. The mechanical properties were evaluated in flexural and impact conditions. The interactions in the fiber-matrix interface were studied through field emission scanning electron microscopy (FESEM). The obtained data revealed that the silane (coupling agent) treatment works better on basalt fibers than on flax fibers, resulting in superior flexural properties on structures where these fibers are present. It is noteworthy to mention that the stacking sequence of plies directly influences the flexural properties, but it does not significantly affect the energy absorbed when these composites work on impact conditions.

Estimador de canal basado en sensado compresivo y LDPC para OFDM usando SDR

Resumen Este trabajo propone la aplicación de un estimador de canal basado en sensado compresivo (CS, del inglés Compressive Sensing) sobre un sistema que usa multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM, del inglés Orthogonal Frequency Division Multiplexing) usando dispositivos de radio definido por software (SDR, del inglés Software Defined Radio). La aplicación de la teoría de CS se da a través del uso de algoritmos de reconstrucción dispersa como Orthogonal Matching Pursuit (OMP) y Compressive Sampling Matching Pursuit (CoSaMP) con el fin de aprovechar la naturaleza dispersa de las subportadoras piloto usadas en OFDM optimizando el ancho de banda del sistema. Además, para mejorar el rendimiento de estos algoritmos, se utiliza el concepto de la matriz de comprobación de paridad dispersa que se implementa en el despliegue de códigos de comprobación de paridad de baja densidad (LDPC, del inglés Low Density Parity Check) para obtener una matriz de sensado que mejore la propiedad de restricción isométrica (RIP, del inglés Isometric Restriction Property) perteneciente al paradigma de CS. El documento muestra el modelo implementado en los equipos SDR analizando la tasa de error de bit y la cantidad de símbolos piloto usados.

Abstract This work proposes the application of a channel estimator based on Compressive Sensing (CS) over a system that uses Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) using Software Defined Radio (SDR) devices. The application of the CS theory is given through the use of sparse reconstruction algorithms such as Orthogonal Matching Pursuit (OMP) and Compressive Sampling Matching Pursuit (CoSaMP) in order to take advantage of the sparse nature of the pilot subcarriers used in OFDM, optimizing the bandwidth of system. In addition, to improve the performance of these algorithms, the sparse parity checking matrix concept is used, which is implemented in the deployment of low density parity check codes (LDPC) to obtain a sensing matrix that improves the isometric restriction property (RIP) belonging to the CS paradigm. The document shows the model implemented in the SDR equipment and analyze the bit error rate and the number of pilot symbols used.

Estudio paramétrico para optimización de un generador de hielo tubular de laboratorio

Resumen En Ecuador existe un gran consumo energético por climatización y refrigeración en los sectores industrial, comercial y residencial. Un método para reducir la demanda eléctrica máxima es incorporar un sistema óptimo de almacenamiento de energía térmica de refrigeración. Este trabajo tiene por objetivo realizar el estudio paramétrico de un generador de hielo tubular de laboratorio para su posterior optimización. Se estudiaron los principales parámetros que intervienen en la formación de hielo como temperatura del agua en el reservorio, temperaturas del refrigerante en el evaporador y condensador, temperatura de subenfriamiento del hielo y velocidad de formación de hielo. Los parámetros destacados que intervinieron en el proceso fueron las condiciones ambientales del lugar y la temperatura del agua utilizada. Al disminuir la temperatura ambiental, disminuye la carga térmica y mejora la eficiencia del condensador, el cual influye directamente sobre la eficiencia del equipo. La inestabilidad observada en la primera hora de prueba intervino en la temperatura final del agua, la misma que varió en el rango de 1,1 °C a –0,4 °C en 3 horas.

Abstract In Ecuador, there is a large energy consumption by air conditioning and refrigeration in the industrial, commercial and residential sectors. A maximum electricity demand reduction method is to incorporate an optimal cooling thermal energy storage system. The main objective of this work was to develop a parametric study of laboratory ice tube generator for an after optimization. For that, the main parameters were studied, which are: water storage temperature, refrigerant temperature in the evaporator and condenser, ice subcooling temperature and ice formation speed. Two outstanding parameters that intervened in the ice formation process were the place environmental conditions and the water temperature used, when the environmental temperature decreased, thermal load also decreased and condenser efficiency improved, which directly influenced the efficiency of the equipment. The instability observed in the first hour of test intervened in the final water temperature, final temperature ranged from 1.1 ° C to -0.4 ° C in three hours.

Control de velocidad de un motor síncrono de imanes permanentes accionado por un inversor trifásico multinivel

Resumen Este trabajo presenta el diseño e implementación de un controlador robusto para el seguimiento de velocidad de un motor síncrono de imanes permanentes (MSIP). Se propone un controlador lineal basado en la retroalimentación dinámica de la salida pasiva estática del error exacto. El controlador pasivo propuesto requiere del conocimiento del par de carga, por lo que el mismo es estimado con un observador tradicional de orden reducido. El MSIP es impulsado por medio de un inversor multinivel trifásico de celdas en cascada de cinco niveles. Para la implementación del controlador, estimador y modulador multinivel se emplea un arreglo de compuertas programable en campo (FPGA) de la familia Spartan-6 XC6SLX9. El procesamiento en paralelo que provee este dispositivo permite obtener un tiempo de muestreo de 10 us. Los resultados de simulación y experimentales muestran que el controlador propuesto tiene un excelente desempeño.

Abstract This paper presents the design and FPGA embedded implementation of robust controller design to speed tracking problem for a Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM). Then, a linear controller based on the exact static error dynamics passive output feedback (ESEDPOF) is proposed, where the uncertainty estimation is taken into account. The technique of passivity requires knowing the load torque, this is estimated with a traditional reduced-order observer. PMSM is driven by a five levels Three-Phase Cascaded Cell Multi-Level Inverter (3_-CCMLI). The medium-scale field-programmable gate array (FPGA) Spartan-6 XC6SLX9 is used for implementing the ESEDPOF controller, the reduced-order observer, and the multilevel pulse width modulator. The parallel processing provided by these devices allowed to obtain a sampling time of 10us. Simulation and Experimental validation shows an excellent dynamical performance.

Filtraje robusto de señales débiles de fenómenos reales

Resumen En un gran número de escenarios de la vida real se requiere procesar señales de interés que se encuentran muy inmersas en medio de ruido de fondo: señales tectónicas de las entrañas de la Tierra, otras provenientes del lejano cosmos, de telemetría biomédica, acústicas lejanas, interfaces neuronales no invasivas, etc. El propósito de este trabajo es presentar la descripción de una plataforma robusta y eficiente para hacer filtraje en tiempo real de señales muy inmersas en ruido (bastante débiles) y de naturaleza muy diferente. La estrategia propuesta se basa en dos principios: el modelado de las señales de los fenómenos físicos mediante procesos caóticos y la aplicación de estrategias de filtraje basadas en la teoría de sistemas dinámicos no lineales. Tomando como caso de estudio señales sísmicas, señales de electrocardiogramas fetales, señales de tipo voz y señales de interferencias de radiofrecuencia, este trabajo experimental muestra que la metodología es eficiente (error cuadrático medio menor al 1 %) y robusta (la estructura de filtraje, basada en filtro de Kalman, es invariante ante diferentes señales fenomenológicas). La metodología presentada resulta ser muy atractiva para aplicaciones prácticas para la detección de señales débiles en tiempo real por su alta precisión de filtraje con una mínima complejidad computacional y tiempos de procesamiento muy cortos.

Abstract In a large number of real-life scenarios it is required to process desired signals that are significantly immersed into background noise: tectonic signals from the entrails of the earth, signals coming from the far away cosmos, biometric telemetry signals, distant acoustic signals, noninvasive neural interfaces and so on. The purpose of this paper is to present the description of a robust and efficient platform for the real time filtering of signals deeply immersed in noise (rather weak signals) with rather different nature. The proposed strategy is based on two principles: the chaotic modelling of the signals describing the physical phenomena and the application of filtering strategies based on the theory of non-linear dynamical systems. Considering as a study case seismic signals, fetal electrocardiogram signals, voice-like signals and radio frequency interference signals, this experimental work shows that the proposed methodology is efficient (with mean squared error values less than 1%) and robust (the filtering structure remains the same although the phenomenological signals are drastically different). It turns out that the presented methodology is very attractive for the real time detection of weak signals in practical applications because it offers a high filtering precision with a minimum computational complexity and short processing times.