Revista Digital Novasinergia

Selección óptima basada en la predicción de corrosión atmosférica de sistemas de conducción de cables eléctricos con recubrimiento de zinc para instalaciones eléctricas

Resumen Se presenta una metodología para la selección óptima del recubrimiento a base de zinc más adecuado en sistemas metálicos de canalización, para cumplir con aquellos requisitos de un proyecto industrial relacionados con la resistencia a la corrosión atmosférica. Las actuales metodologías están basadas en procedimientos de cálculo heurísticos, que no consideran la influencia de las condiciones atmosféricas in situ y que son la principal causa de la mayoría de los problemas de corrosión. El efecto de la corrosión a lo largo del tiempo, generalmente se estima utilizando una función logarítmica, que depende de la corrosión durante el primer año de exposición, así como de los parámetros ambientales (ejemplo: temperatura, humedad, contaminantes, entre otros). Se han analizado diferentes modelos matemáticos para la predicción de la corrosión durante el primer año de exposición. Diez de estos modelos han sido seleccionados y comparados con ensayos reales, para finalmente seleccionar el modelo que mejor se ajusta a dichos valores reales. A partir de este valor de corrosión del primer año, se calcula la función de corrosión a largo plazo para cada revestimiento comercial relevante. Finalmente, se analiza un caso de estudio mediante la metodología propuesta. Los resultados muestran claramente la importancia de la función de corrosión y su influencia en la selección del recubrimiento que minimiza el costo.

Abstract: The study presents a methodology for the optimum selection of the most suitable zinc-based coatings in metallic trunking systems to fulfill the requirements related to atmospheric corrosion resistance. The current methodologies are based on heuristic procedures that do not consider the influence of the in situ atmospheric conditions, which are the main cause of most of the corrosion problems. The effect of corrosion over time is generally estimated using a logarithmic function, which depends on corrosion during the first year of exposure, as well as on environmental parameters (e.g. temperature, humidity, pollutants, among others). Different mathematical models for the prediction of corrosion during the first year of exposure were analyzed. Ten of these models were selected and compared with actual tests determining the model that best fitted the actual values. From this first-year corrosion value, the long-term corrosion function was calculated for each relevant commercial coating. Finally, a case study was analyzed by means of the proposed methodology. The results show the importance of the corrosion function and its influence in the selection of the coating to minimize costs.

Prototipo para el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria quesera en el cantón Guano provincia de Chimborazo

Resumen: El problema ambiental más importante de la industria quesera es la generación de aguas residuales, tanto por su volumen como por la carga contaminante asociada. Con la finalidad de minimizar el impacto ambiental es necesaria la depuración de las aguas provenientes de la producción de quesos. En este trabajo se presenta el diseño, construcción y puesta en marcha de un prototipo de planta de tratamiento de aguas residuales usando el método de lodos activados. El diseño consistió de tres etapas: caracterización de la planta de tratamiento de aguas residuales, estudio de lodos activados y estudio del efecto de la carga orgánica sobre la remoción de la materia orgánica. Es un estudio cuasi-experimental basado en datos reales recogidos en una de las industrias queseras del cantón Guano, provincia de Chimborazo, usando muestreo puntual sobre el depósito de aguas residuales. El prototipo está conformado de un tanque homogeneizador, un tanque aireador y un tanque sedimentador. La evaluación del prototipo inició empleando varios tiempos de retención hidráulica en 12, 24, 48 y 72 horas y recirculación de lodos. Como resultado se obtuvo una reducción de la Demanda Biológica de Oxigeno (DBO) de 21600 mg/L hasta llegar a un valor de 59 mg/L, con una eficiencia del 99.7%. Adicionalmente se empleó un tiempo menor de depuración en comparación con los resultados que se presentan en trabajos relacionados.

Abstract: The most important environmental problem in the cheese industry is the generation of wastewater, due to its volume and the associated pollutant load generated. In order to minimize the environmental impact, it is necessary to purify water coming from the production of cheese. This paper presents the design, construction and start-up of a prototype wastewater treatment plant using the activated sludge method. The design consisted of three stages: characterization of the wastewater treatment plant, study of activated sludge and study of the effect of the organic load on the removal of organic matter. It is a quasi-experimental study based on real data collected from one of the cheese industries in canton Guano, province of Chimborazo, using spot sampling on the wastewater deposit. The prototype is comprised of a homogenizer tank, an aerator tank, and a sedimentation tank. The evaluation of the prototype used different hydraulic retention times of 12, 24, 48 and 72 hours and recirculation of sludge. As a result, a reduction of the Biological Oxygen Demand (BOD) of 21600 mg/L was achieved, reaching a final value of 59 mg/L, with an efficiency of 99.7%. Additionally, a shorter purification time was obtained compared to results presented in related studies.

Polarización cruzada en antenas de microondas: Caso de estudio de una guía de onda circular

Resumen: Durante la última década, el tema de la polarización de la antena atrae gran interés. La mejora de la polarización cruzada genera una distribución de un campo altamente simétrico en la apertura de una antena, sin embargo, es difícil hacer fuentes circulares de baja polarización cruzada que operen en un ancho de banda amplio. En este artículo se presenta un caso de estudio para mejorar la polarización cruzada de una apertura circular. Como la guía de onda circular tiene una polarización cruzada pobre, se han considerado tres soluciones posibles para mejorar la polarización cruzada, que ha sido presentada en trabajos anteriores. La primera solución se basa en un disco metálico que, después de un proceso de optimización, se obtiene un diámetro externo optimizado de 90.42 mm. La segunda solución se basa en un anillo metálico alrededor de la guía de onda circular, la dimensión optimizada del anillo de diámetro externo es de 90.42 mm con un grosor de 1.63 mm. La tercera solución se basa en dos anillos alrededor de la guía de onda circular, cuyas dimensiones optimizadas son un diámetro exterior de 122.48 mm y un diámetro interno de 90.42 mm. El conocimiento obtenido es valioso para explicar la mejora del nivel de adaptación de una antena de parche con un anillo de alrededor a 5.8 GHz.

Abstract: During the last decade, the subject of antenna polarization attracts great interest. The improve of the cross polarization generates a distribution of a highly symmetric field in the aperture of the antenna, however, it is difficult to make low cross polarization circular sources to operate over a wide bandwidth. In this paper, a study case is presented to improve the cross polarization of a circular aperture. As the circular waveguide has a poor cross polarization, three possible solutions have been considered to improve the cross polarization in previous works. The first solution is based on a metallic disk, which after an optimization process obtains an external diameter of 90.42mm. The second solution is based on a metallic ring around the circular waveguide, the optimized dimension of the external diameter ring is 90.42mm with a thickness of 1.63mm. The third solution is based on two rings around the circular waveguide, which optimized dimensions of the rings are an outer diameter of 122.48mm, and an inner diameter of 90.42mm. This knowledge is valuable to explain the improvement of matching level of a patch antenna with a ring around 5.8 GHz.

Restricción de Acceso Extendida para manejar despliegues masivos de Comunicaciones Tipo Máquina (mMTC)

Resumen: La comunicación masiva tipo máquina (mMTC) ha presentado un momento prometedor para generar conexiones potentes y ubicuas que enfrentan muchos desafíos nuevos. Las redes celulares son la solución potencial debido a su amplio despliegue de infraestructura, confiabilidad, seguridad y eficiencia. En las redes mMTC basadas en comunicación celular, el canal de acceso aleatorio se utiliza para establecer la conexión entre los dispositivos MTC y las estaciones base (eNBs), donde el principal desafío es la conectividad escalable y eficiente para una enorme cantidad de dispositivos. Para hacer frente a esto, el Third Generation Partnership Project (3GPP) ha sugerido la restricción de acceso extendida (EAB) como un mecanismo para el control de la congestión. Las eNBs activan o desactivan EAB utilizando un coeficiente de congestión. En este documento se presenta un enfoque para implementar el coeficiente de congestión de modo que EAB pueda operar y así manejar los episodios de congestión en escenarios de mMTC. También se examina el rendimiento de EAB bajo diferentes cargas de tráfico de MTC y configuraciones de ciclo de paginación en términos de indicadores clave de rendimiento de la red (KPIs). Los resultados numéricos demuestran la efectividad del método propuesto para detectar episodios de congestión. Además se demuestra que el aumento del valor de la configuración del ciclo de paginación influye en el comportamiento de la red bajo EAB.

Abstract: Massive machine type communication (mMTC) has presented a promising moment to generate powerful and ubiquitous connections that face plenty of new challenges. Cellular networks are the potential solution owing to their extensive infrastructure deployment, reliability, security, and efficiency. In cellular-based mMTC networks, the random access channel is used to establish the connection between MTC devices and base stations (eNBs), where the scalable and efficient connectivity for a tremendous number of devices is the primary challenge. To deal with this, the Third Generation Partnership Project (3GPP) has suggested the extended access barring (EAB) as a mechanism for congestion control. The eNBs activate or deactivate EAB using a congestion coefficient. In this paper, an approach to implementing the congestion coefficient is presented so that EAB can operate thus handling congestion episodes in mMTC scenarios. Moreover, the performance of EAB is examined under different MTC traffic loads and paging cycle configurations concerning network key performance indicators (KPIs). Numerical results demonstrate the effectiveness of the proposed method to detect congestion episodes. Also, it is shown that increasing the value of the paging cycle configuration influence on the network behavior under EAB.

Diseño de un prototipo convertidor de frecuencia de 60 Hz a 50 Hz para redes eléctricas comerciales

Resumen: La incompatibilidad de los dispositivos eléctricos y electrónicos para operar en redes eléctricas europeas y norteamericanas, hace necesaria la utilización de convertidores de frecuencia para el funcionamiento de los mismos en ambos sistemas, el diseño y construcción de un prototipo convertidor de frecuencia de 60 Hz (estándar norteamericano) a 50 Hz, presenta una propuesta tecnológica viable y de bajo coste, que aplica conceptos de diseño electrónico además de utilizar un adecuado criterio técnico y científico que identifique los requerimientos del prototipo, entre los que destacan: filtrado de las emisiones conducidas que contenga propiamente la red de suministro eléctrico, así como también evitar que el prototipo inyecte ruido a la red, transformación de tensiones en CA, rectificación y filtrado de señales, y diseño de inversores en modo conmutado para generar una señal alterna a una frecuencia específica. Todos estos elementos permiten obtener como resultado un completo sistema que cumple con el objetivo del diseño propuesto. Se ha garantizado un nivel de potencia adecuado para alimentar electrodomésticos de uso común. Finalmente, el prototipo alcanza costos relativamente bajos con respecto a dispositivos existentes en el mercado con la misma funcionalidad. En el Ecuador se homologan los equipos electrónicos para su operación y funcionamiento en redes eléctricas con el estándar norteamericano, sin embargo, la procedencia de otros, traídos directamente por el usuario, sin que sean compatibles con las redes de distribución eléctricas locales los vuelven inservibles. Por tanto, el prototipo constituye una solución práctica a ser considerada para su producción a escala, para uso doméstico e industrial.

Abstract: The incompatibility of electric and electronic devices to operate in European and North American electrical networks demands the use of frequency converters utilization that guarantees proper device operation on both systems. The design and implementation of a 60 Hz (North American standard)-to-50 Hz (European standard) frequency converter prototype is a viable and low-cost proposal. This proposal applies electronic design concepts and an adequate technical and scientific design that identifies the requirement for the prototype, including: filtering of conducted emissions generated on the electric network itself; preventing prototype noise injection; AC voltage conversion and voltage rectifier, and designing of commuted mode inverter design to generate a sinusoidal alternating voltage with a specific frequency. All these elements have as a result a compliant system that meets the objective of the proposed design. Output power is guaranteed to support an average domestic electronic device. Finally, the prototype implementation cost is quite low compared to those that are available in market offering similar functionalities. In Ecuador, electronic devices are homologated to operate with North American standard; however, those that are brought by user without compatibility for local electric supply, become useless. Therefore, the prototype becomes a practical solution to be considered in a scale production for domestic and industrial utilization.

Análisis del rendimiento de librerías de componentes Java Server Faces en el desarrollo de aplicaciones web

Resumen: Con el avance tecnológico en el ámbito de desarrollo de aplicaciones web, se han incorporado nuevas tecnologías; mucho más robustas, escalables y con un mayor rendimiento. PrimeFaces y RichFaces son librerías de componentes de la tecnología Java Server Faces (JSF), utilizadas para el desarrollo de interfaces de usuario para la web, las que permiten una integración con Java Script y Ajax. En la presente investigación se presenta el análisis comparativo de las librerías PrimeFaces y RichFaces, en sus dimensiones de tiempo promedio de respuesta de página, y tiempo promedio de respuesta Ajax, para determinar cuál de ellas ofrece un mejor rendimiento. El análisis se realizó por medio de una página web N Capas, aplicada en la gestión de tutorías académicas universitarias, se configuró un ambiente de pruebas sobre un servidor web Apache Tomcat en un entorno Linux, con cada una de las librerías, además se usaron las tecnologías JSF, PrimeFaces y RichFaces. Las pruebas de rendimiento estuvieron basadas en la herramienta Neoload, simulando 350 peticiones por segundo observándose diferencias significativas entre las dos librerías de componentes.

Abstract: With technological advancement in the field of Web application development, new technologies have been incorporated; Much more robust, scalable and with higher performance. PrimeFaces and RichFaces are the libraries of Java Server faces (JSF) technology components, used for the development of user interfaces for the web, which allow integration with Java Script and Ajax. This research presents the analysis of the PrimeFaces and RichFaces libraries, in their average page response time dimensions, and average Ajax response time, to determine which one offers better performance. The analysis was carried out through a Web page N layers, applied in the management of academic tutoring University, a test environment was set up on an Apache Tomcat Web server in a Linux environment, with each of the libraries, also used the JSF, PrimeFaces and RichFaces technologies. Performance tests were based on the Neoload tool, simulating 350 requests per second observing significant differences between the two component libraries.

Valoración energética del aceite lubricante usado en sistemas térmicos de combustión de la industria cementera ecuatoriana

Resumen: Se estima que en Ecuador ingresan alrededor de 63 000-64 000 kg/año de bases aceitosas utilizados en diversos sectores de la economía nacional, obteniéndose una recolección de aceite lubricante usado de 61 736 kg / año, donde el 16% son tratados por gestores autorizados, lo que representa una inadecuada gestión tecnológica y ambiental. El objetivo de esta investigación es valorar las características del potencial energético de este desecho peligroso para su uso como combustible en hornos cementeros, para lo cual se analizaron 12 mezclas combinadas entre el aceite usado y un combustible de origen fósil recolectado por la industria y fuentes automotrices de la ciudad de Riobamba; se determina la capacidad calorífica para combustibles, comparándose con lo exigido bajo normativa internacional. El análisis de mezclas fue tratado de forma estadística bajo el método de ANOVA y comparación DUNNET, las mismas que poseen un elevado poder calorífico, superior a 9500 kcal/kg, característica óptima al aprovechamiento energético para los sistemas térmicos de combustión del sector industrial cementero ecuatoriano. Los resultados demuestran que los aceites lubricantes usados son aptos como parte del combustible en hornos cementeros, por su capacidad calorífica; convirtiéndose en alternativa para la solución al problema de disposición final, así como protección del medio ambiente; todo ello regulado bajo el convenio internacional de Basilea y aparado con políticas nacionales de manejo y disminución de desechos peligrosos mediante una valorización energética.

Abstract: It is estimated that around 63000 - 64000 kg / year of oily bases used in Ecuador enter various sectors of the national economy, obtaining a collection of used lubricating oil of 61 736 kg / year, where 16% are treated by authorized operators, what represents an inadequate technological and environmental management. The objective of this research is to assess the characteristics of the energy potential of this hazardous waste for use as fuel in cement kilns, for which 12 mixtures were analyzed combined between used oil and a fuel of fossil origin collected by the industry and automotive sources from the city of Riobamba; the heat capacity for fuels determined, was compared with international regulation requirements. The analysis of mixtures was treated in a statistical way under the method of ANOVA and DUNNET comparison, giving a high calorific value, superior to 9300 kcal / kg, and an optimum characteristic for energy use for thermal combustion systems in the cement industry. The analysis of mixtures was treated in a statistical way under the method of ANOVA and comparison DUNNET, the same ones that have a high calorific value, higher than 9500 kcal / kg, an optimal characteristic for the use of energy for the thermal combustion systems of the Ecuadorian cement industry. The results show that the lubricating oils used are suitable as part of the fuel in cement kilns, due to their heat capacity; becoming an alternative for the solution to the problem of final disposal, as well as protection of the environment; all regulated under the international agreement of Basel and accompanied by national policies for the management and reduction of hazardous waste through energy recovery.

Paradigma para la accesibilidad y colaboración al Análisis de Datos Genómicos

Resumen: La secuenciación de la próxima generación es cada vez más creciente y requiere recursos informáticos a gran escala para manejar la enorme cantidad de datos producidos. El paradigma Cloud computing fácilmente maneja datos enormes, pero el problema central con este paradigma es la transferencia de datos enormes hacia y desde las computadoras en cloud debido al ancho de banda limitado que radica en la naturaleza centralizada de la arquitectura Cloud computing la cual está localizada lejos de los usuarios. Una arquitectura donde la potencia de computación se distribuya de manera más uniforme en toda la red es una forma de combatir este problema. La arquitectura debe llevar la capacidad de procesamiento hacia el borde de la red, más cerca de la fuente de los datos. Para esta propuesta, Fog computing ofrece una solución prometedora para acercar las capacidades computacionales a los datos generados y será la solución para ganar fuerza en la investigación genómica. Proponemos un nuevo modelo llamado Collaborative-Fog (Co-Fog) que adopta los paradigmas Fog y Cloud computing para administrar grandes conjuntos de datos genómicos y para permitir la comprensión de cómo las partes interesadas pueden gestionar la interacción y la colaboración. El presente trabajo describe el modelo Co-Fog que promete un mayor rendimiento, eficiencia energética, menor latencia, tiempo de respuesta más rápido, escalabilidad y una mejor precisión localizada para futuras colaboraciones a gran escala en la genómica.

Abstract: Increasingly growing Next-generation sequencing requires large-scale computing resources to handle the huge amount of data produced. The Cloud computing paradigm readily handles huge data but the core issue with this paradigm is transfer of enormous data to and from cloud computers due to limited bandwidth which lies in the centralized nature of a Cloud computing architecture that is located far away from users. An architecture where computing power is distributed more evenly throughout the network is the way to combat this problem. The architecture should drive the processing capacity towards the edge of the network, closer to the source of the data. For this propose Fog computing offers a promising solution to move computational capabilities closer to the data generated and will be the solution to gain traction in genomics research. We propose a novel Collaborative-Fog (Co-Fog) model that adopts the Fog and Cloud computing paradigms to manage huge genomic data sets and to enable understanding of how key stakeholders can manage the interaction and collaboration. The present work describes the Co-Fog model that promises increased performance, energy efficiency, reduced latency, faster response time, scalability, and better localized accuracy for future large-scale collaborations in genomics.

Sistema de agrupación de antenas definidas por software de bajo costo, como instrumento de medida de MIMO, para investigación y academia

Resumen: En este trabajo se presenta un método de configuración un Sistema de Agrupación de Antenas Definidas por Software, para medir parámetros Si1 y fase, provenientes de cuatro entradas de radio frecuencia. Se utilizó un computador para configurar el sistema, generar la forma de onda, y procesar señales recibidas a través del circuito integrado AD9361 de Analog Devices y el controlador Xilinx Zynq- 7000 SoC. Para determinar la precisión en potencia y fase de la señal en agrupaciones de antenas, se ha caracterizado un divisor de potencia de 1:8 y un acoplador hibrido de 180 grados, ambos dispositivos para la banda de 0.5 GHz a 6 GHz. Finalmente, se exponen algunas aplicaciones posibles del sistema en Síntesis de Agrupación de Antenas, algoritmos de beamforming, así como en la estimación de la dirección de la señal recibida.

Abstract: In this paper, a method to configure Software Defined Array Antenna has been presented, used to measure the S i1 parameters, and phases from four radio frequency inputs. The system setup, the waveform generating and the signal processing received of the AD9361 integrated circuit of Analog Devices and the Xilinx Zynq-7000 SoC controller, in a computer has been realized. In mode to determine the precision of the signal phase and power for array antenna applications, a 1-to-8 powe divider, and a 180 degree hybrid coupler have been characterized from 0.5 GHz to 6 GHz. Finally, some possibles array antenna synthesis systems applications, beamforming algorithms, and estimation of the signal direction of arrival have been depicted.

Propiedades Adhesivas Húmedas de la Proteína del Pie de Mejillones Verdes Asiático (Perna viridis) Pvfp-5: Una Base Adhesiva Subacuática

Resumen: Los mejillones verdes asiáticos (Perna viridis) son bivalvos que se adhieren firmemente a las rocas en las costas intermareales golpeadas por las olas a través de una secreción proteica. Los mejillones de P. viridis siguen una secreción de proteínas adhesivas regulada en el tiempo, donde la proteína del pie-5 de P. viridis (Pvfp-5) fue identificada como la primera proteína que se secreta durante la formación de la placa adhesiva. El alto contenido de aminoácido catecólico 3,4-dihidroxi-L-fenilalanina (DOPA) ((11% en moles) y cisteína (Cys) ((15% en moles) en Pvfp-5 y su localización cerca de la interfaz placa-sustrato tienen provocó la especulación de que la proteína de vanguardia Pvfp-5 desempeña un papel clave como imprimación adhesiva en la adhesión bajo el agua de los mejillones de P. viridis. El aparato de fuerza de superficie (SFA) se usó para probar las propiedades adhesivas de Pvfp-5 a escala nanométrica, donde se investigó la adhesión húmeda dependiente del pH y la actividad antioxidante de Pvfp-5 purificado y extraído con el pie. El estudio reveló que Pvfp-5 con su alto contenido de DOPA y CYS mantiene la adhesión incluso a un pH más alto al superar la oxidación espontánea de DOPA a quinona. Los resultados de SFA son consistentes con la función aparente de que Pvfp-5 actúa como imprimación adhesiva, superando las fuerzas de hidratación repulsivas al desplazar el agua unida a la superficie y generando una adhesión superficial fuerte y duradera. Nuestros hallazgos revelan conocimientos a escala molecular que deberían ser relevantes e impactar en las ciencias de los materiales para ayudar al desarrollo de la nueva generación de adhesivos, recubrimientos y pegamentos resistentes a la humedad para aplicaciones biomédicas, terapéuticas y antiincrustantes.

Abstract: Asian green mussels (Perna viridis) are bivalves that attach firmly to rocks in wave-battered intertidal seashores via a proteinaceous secretion. P. viridis mussels follow a precisely time-regulated secretion of adhesive proteins where P. viridis foot protein-5 (Pvfp-5) was identified as the first protein to be secreted during the formation of adhesive plaque. The high content of catecholic amino acid 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine (DOPA) ((11 mol%) and cysteine (Cys) ((15 mol%) in Pvfp-5 and its localization near the plaque-substrate interface have prompted speculation that the vanguard protein Pvfp-5 plays a key role as an adhesive primer in underwater adhesion of P. viridis mussels. Surface Force Apparatus (SFA) was used to probe the adhesive properties of Pvfp-5 at the nano-scale where pH dependent wet adhesion and antioxidant activity of foot-extracted and purified Pvfp-5 were investigated. The study revealed that Pvfp-5 with its high DOPA and CYS-content maintains adhesion even at higher pH by overcoming the spontaneous oxidation of DOPA to quinone. SFA results are consistent with the apparent function of Pvfp-5 acting as an adhesive primer, overcoming repulsive hydration forces by displacing surface-bound water and generating strong and durable surface adhesion. Our findings reveal molecular-scale insights that should prove relevant and impact material sciences to help the development of new generation of wet-resistant adhesives, coatings and glues for biomedical, therapeutic and antifouling applications.