Abstract: Resumen: Las redes eléctricas inteligentes (RI) son reconocidas como un componente tecnológico fundamental para enfrentar el aumento de la demanda energética, mejorando la confiabilidad y sostenibilidad de los sistemas eléctricos. El presente estudio incluye en la RI elementos de almacenamiento que permiten disminuir la potencia suministrada por las fuentes de generación principales durante las horas de mayor demanda. Esto asegura que la demanda siempre se cubra y a la vez que se opera dentro de los rangos de mayor eficiencia. Se propone el uso de la herramienta de cómputo Matlab, mediante el Toolbox de YALMIP, enfocado en la modelización y resolución de problemas de optimización y control, para desarrollar una estrategia de Control Predictivo de Modelos (MPC) que gestione los recursos energéticos de una RI y permita cumplir la demanda de energía, y que respete las restricciones del controlador. Se destaca el uso de tres fuentes de generación, dentro de las cuales dos son consideradas principales, siendo las mismas: la energía eólica y energía solar y la tercera es considerada como un sistema de almacenamiento conformado por baterías. Los resultados indican que al incorporar un MPC, podremos disminuir los costes de generación, derivados de maximizar la vida útil de los elementos y de almacenar energía durante el periodo de producción.Abstract: Smart Grids (SG) are recognized as a fundamental technological component to address the increase in energy demand, improving the reliability and sustainability of electricity systems. The present study includes in the SG storage elements that allow decreasing the power delivered by the main generation sources during peak demand hours. This ensures that the demand is always met while operating within the highest efficiency ranges. The use of the Matlab computational tool, through the YALMIP Toolbox, focused on modeling and solving optimization and control problems, is proposed to develop a Model Predictive Control (MPC) strategy that manages the energy resources of an SG and allows meeting the energy demand, and respects the controller constraints. The use of three generation sources is highlighted, two of which are considered to be the main ones, being wind and solar energy, and the third one is considered to be a storage system made up of batteries. The results indicate that by incorporating an MPC, we will be able to reduce generation costs, derived from maximizing the useful life of the elements and storing energy during the production period.
Abstract: Resumen: La exploración de recursos constituye una etapa importante para localizar elementos de interés económico, sin embargo, tradicionalmente solo se evalúan indicadores geoquímicos sin considerar variables que impactan en la cadena de valor de la minería. Por consiguiente, el objetivo de esta investigación consistió en elaborar la simulación geometalúrgica para la exploración de ocurrencias minerales de Au y Ag, mediante información geo-estructural, geoquímica y atributos geometalúrgicos de una zona prospectiva ubicada al NW de Ecuador. Para esto se aplicó el Análisis Composicional a datos geoquímicos de 37 elementos en 448 muestras de sedimentos fluviales, y se conformaron dos grupos multielementales, para indicadores geoquímicos de Au - Ag y otro de perjudiciales en lixiviación. Luego, se elaboró su análisis geoestadístico mediante Simulación Secuencial Gaussiana, ejecutando 100 realizaciones para cada grupo y se eligieron aquellas que reproduzcan mejor las estadísticas y variogramas. Además, se evaluó la probabilidad de ocurrencia por encima del valor umbral. Los resultados anómalos son coherentes con datos de depósitos cercanos que indican una ley de 57.45 g/t Au y recuperación mayor al 90 %; asimismo, existen zonas con alta probabilidad (> 50 %) de ocurrencias de elementos perjudiciales, lo que probablemente afecte negativamente en la recuperación de Au a gran escala. Dada la fuerte correlación entre anomalías geoquímicas con presencia de cuerpos intrusivos, sistemas estructurales de fallas y datos metalúrgicos, se establece una nueva metodología para labores prospectivas que permite definir áreas más precisas para la exploración a detalle, lo cual reduce el riesgo e incertidumbre en etapas iniciales de la minería.Abstract: Resource exploration is an important stage to locate elements of economic interest, however, traditionally only pathfinder elements are evaluated without considering variables that impact the mining value chain. Therefore, the objective of this research consisted in elaborating the geometallurgical simulation for the exploration of Au and Ag mineral occurrences, integrating geo-structural, geochemical and geometallurgical attributes information of a prospective zone located in NW Ecuador. For this purpose, the Compositional Analysis was applied to geochemical data of 37 elements in 448 samples of fluvial sediments, forming two multi-elemental groups, the first one of Au - Ag pathfinders and the other of detrimental in leaching. A geostatistical analysis was elaborated by Gaussian Sequential Simulation, running 100 realizations for each group and choosing those that best reproduce the statistics and variograms; in addition, the probability of occurrence above the threshold value was evaluated. The anomalous results are consistent with data from nearby deposits indicating a grade of 57.45 g/t Au and recovery greater than 90 %. There are also zones with high probability (> 50 %) of occurrences of deleterious elements, which will likely negatively affect the large-scale Au recovery. Given the strong correlation between geochemical anomalies with the presence of intrusive bodies, structural fault systems and metallurgical data, a new methodology for prospective work is established that allows defining more precise areas for detailed exploration, which reduces risk and uncertainty in the initial stages of mining.
Abstract: Resumen: El presente trabajo analiza la inclusión del enfoque de biocomercio en el diseño de procesos químicos sostenibles, lo cual representa un reto para el desarrollo de tecnologías y productos que aprovechen las oportunidades de este enfoque. El objetivo es generar alternativas de diseño de procesos para la producción de una emulsión destinada al uso cosmético desde el enfoque de biocomercio. Para ello, se analizó un estudio de caso en el cual fue importante la selección de una materia prima proveniente de una región amazónica ecuatoriana con el fin de obtener una emulsión cosmética. Las alternativas tecnológicas para producir la emulsión cosmética a partir de aceite de Ungurahua consideraron la sostenibilidad, diversas alternativas de producción, así como aspectos del biocomercio y del diseño de proceso. El diseño se realizó mediante la simulación con el SuperPro Designer v10. El aceite se puede obtener mediante prácticas de recolección no invasivas, que preservan el ecosistema y promueven la biodiversidad, lo cual contribuye al biocomercio y a la viabilidad a largo plazo del proyecto desde perspectivas técnicas, ambientales y sociales. El diseño del proceso se caracteriza por su sostenibilidad y viabilidad tecnológica. La tecnología diseñada utiliza materias primas y fuentes de energía renovables, y no genera residuos sólidos, líquidos ni gaseosos. Su implementación impactaría en lo social al generar fuentes de empleo, y se estima que la inversión se recuperaría en 4.73 años si la producción supera los 780 lotes/año.Abstract: This work analyzes the inclusion of the biotrade approach in the design of sustainable chemical processes, which represents a challenge for the development of technologies and products that take advantage of the opportunities of this approach. The objective is to generate process design alternatives for producing an emulsion for a cosmetic use from a biotrade approach. To this end, a case study was analyzed in which the selection of raw material from an Ecuadorian Amazon region was important to obtain a cosmetic emulsion. The technological alternatives for producing the cosmetic emulsion from Ungurahua oil considered sustainability, various production alternatives, and aspects of biotrade and the process design. The design was carried out through simulation with SuperPro Designer v10. The oil can be obtained through non-invasive harvesting practices, that preserve the ecosystem and promote biodiversity, which contributes to biotrade and the long-term viability of the project from technical, environmental, and social perspectives. The process design is characterized by its sustainability and technological viability. The designed technology uses renewable raw materials and energy sources and does not generate solid, liquid, or gaseous waste. Its implementation would have a social impact by developing sources of employment, and it is estimated that the investment would be recovered in 4.73 years if production exceeds 780 batches/year.
Abstract: Resumen: Los modelos analíticos para predecir las propiedades mecánicas de los materiales compuestos son adecuados cuando los procedimientos experimentales no son viables. En este estudio, se presenta una revisión de los modelos analíticos micromecánicos utilizados para predecir el módulo de Young de materiales compuestos reforzados con fibras (CRF). Los modelos teóricos evaluados en este trabajo fueron: modelos en serie y en paralelo, módulo efectivo, ecuaciones de Halpin-Tsai, Cox, y modelos de Nilsen ya que poseen una descripción matemática relativamente simple. Se seleccionó una matriz epóxica reforzada con fibra de carbono, fibra vidrio y Kenaf (fibra natural), puesto que estos rellenos se utilizan comúnmente en varios campos industriales y de investigación. Como resultado de la comparación entre los valores experimentales y los predichos modelos como el de Halpin-Tsai y el del módulo efectivo han mostrado una mejor concordancia con las mediciones experimentales de los materiales compuestos seleccionados.Abstract: Analytical models for predicting the mechanical properties of composite materials are useful when experimental procedures are not feasible. This study presents a review of micromechanical analytical models used to predict the Young’s modulus of fiber-reinforced composites (FRC). The theoretical models assessed in this work include the series and parallel models, the effective modulus approach, the Halpin-Tsai equations, and the Cox and Nilsen models, due to their relatively simple mathematical descriptions. The study focused on an epoxy matrix reinforced with carbon fiber, E-glass, and Kenaf (a natural fiber), as these fillers are commonly used in various industrial and research applications. The comparison between experimental and predicted values indicates that models such as the Halpin-Tsai and effective modulus approach provide better agreement with the experimental measurements for the targeted composites.
Abstract: Abstract: The research was geared toward the development of a flow control system for oil-producing wells through artificial gas lift using the Network Data Acquisition System (Net-DAS), to optimize the operations carried out by Remote Terminal Units (RTU) located in the control cabins near oil producing wells. The study was limited to the Gas Lift wells in the Carito field of Petroleos de Venezuela. S.A. (PDVSA). The variable to be measured is the gas flow that is injected into said wells through a control valve that is activated by an actuator that works in four operating states in the Net-DAS. However, variables such as pressure and temperature can also be viewed from the Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) system. The proposed control system is based on the LinPAC-8381 RTU with Net DAS architecture. The proposal enables the establishment of a local control by migrating the programming logic controller (PLC) control logic to the Net-Das architecture. This allows the plant operator to work in four states to control the amount of flow to be injected into the well: local control and remote control, which in turn is divided into manual, automatic and optimized remote control, which maximizes the extraction of crude oil.Resumen: La investigación se orientó al desarrollo de un sistema de control de flujo para pozos productores de petróleo mediante Levantamiento Artificial por Gas utilizando Sistema de Adquisición de Datos en Red (Net-DAS), para optimizar las operaciones realizadas por las Unidades Terminales Remotas (RTU) ubicadas en las cabinas de control. cercanas a los pozos productores de petróleo. El estudio se limitó a los pozos Gas Lift del Campo Carito de Petróleos de Venezuela. S.A. (PDVSA). La variable a medir es el flujo de gas que se inyecta en dichos pozos a través de una válvula de control que es activada por un actuador que trabaja en cuatro estados de operación en el Net-DAS. Sin embargo, variables como la presión y la temperatura también pueden ser visualizadas desde el Sistema de Supervisión, Control y Adquisición de Datos (SCADA). El sistema de control propuesto se basa en la RTU LinPAC- 8381 con arquitectura Net DAS. La propuesta permite establecer un control local migrando la lógica de control del Controlador Lógico Programable (PLC) a la arquitectura Net-Das, lo que habilita al operador de la planta a gestionar en cuatro estados para controlar la cantidad de flujo a inyectar en el pozo: control local y control remoto, que a su vez se divide en manual, automático y control remoto optimizado, que maximiza la extracción de crudo.
Abstract: Resumen: En los entornos escolares, la infraestructura urbana favorece al vehículo privado en lugar de promover la movilidad activa, lo que incide en la contaminación atmosférica y en problemas de salud en los infantes. Por ello, es fundamental evaluar la calidad del aire en las instituciones educativas considerando la reconfiguración del espacio público. En consecuencia, el objetivo es determinar los niveles de presión sonora mediante el modelo de predicción de ruido NMPB-Routes-96 y la concentración de partículas sedimentables por el método gravimétrico de captación de partículas en envases abiertos antes y después de las intervenciones de urbanismo táctico. Además, de conocer las concentraciones de Aluminio (Al), Manganeso (Mn), Zinc (Zn), Hierro (Fe), Cobalto (Co) y Cromo (Cr) mediante biomonitorización con briofitas. Los resultados de partículas sedimentables presentaron valores superiores a las normativas nacional e internacional, y con las intervenciones, se observó una reducción del 30 % en la concentración del contaminante. La presión sonora excedió los límites establecidos tanto a nivel local como nacional, y con las intervenciones no se demostró una reducción significativa. El biomonitoreo de metales, registró que las concentraciones tenían un orden de mayor a menor: Al, Fe, Mn, Zn, Cr y Co. Y se encontró una relación relevante entre la presencia de Zinc y el tráfico rodado. Adicionalmente, se mantuvieron socializaciones con los actores principales durante el desarrollo de la investigación. Se concluye que en los entornos escolares se presenta baja calidad del aire y se propone al urbanismo táctico como medida de mitigación de contaminación por tráfico vehicular.Abstract: In school environments, the current urban infrastructure prioritizes private vehicles over promoting active mobility, which leads to increase air pollution and health problems in children. Therefore, evaluating air quality in educational institutions is essential, especially considering the reconfiguration of public spaces. Consequently, the objective is to determine noise levels based on the NMPB-Routes-96 noise prediction model and to assess the concentration of settleable particles using the gravimetric method by collecting particles in open containers before and after tactical urbanism interventions. Another objective is to determine the concentrations of Aluminum (Al), Manganese (Mn), Zinc (Zn), Iron (Fe), Cobalt (Co), and Chromium (Cr) through biomonitoring with bryophytes. The results of settleable particles showed values higher than national and international regulations, and interventions resulted in a 30 % reduction in pollutant concentration. The sound pressure exceeded established limits at both local and national levels, and interventions did not demonstrate a significant reduction. Metal biomonitoring recorded concentrations in the following order from highest to lowest: Al, Fe, Mn, Zn, Cr, and Co; also, Zn presented a higher correlation with road traffic. In addition, during the investigation, socializations were carried out with the main actors. This investigation concluded that low air quality occurs in school environments. Therefore, tactical urbanism should be considered as a measure to mitigate pollution from vehicular traffic.
Abstract: Resumen: Industrias cómo la textil, construcción, empaquetamiento, automotriz y aviación, han sacado provecho de las características mecánicas y ambientales que brindan las fibras naturales. En este sentido, se ha explorado la caracterización mecánica de la fibra de mocora y su compatibilidad cómo material compuesto, considerando que esta fibra endémica del Ecuador tiene aplicaciones estructurales de manera artesanal. A este respecto, esta investigación busca caracterizar dicha fibra por medio de microscopia electrónica de barrido, utilizando un voltaje de aceleración de 15 kV y 20 kV y magnificación de 500x y 1.6Kx. De igual manera, se realizan pruebas mecánicas con normas ASTM-D 5034 para la fibra trenzada y ASTM D 2256-02 para el material compuesto mediante una máquina de prueba universal. Las propiedades térmicas son determinadas mediante análisis de termogravimetría, desarrolladas utilizando una temperatura inicial de 40 ℃ hasta alcanzar una temperatura límite de 600 ℃ con un escalón de 15℃ por minuto. Las pruebas de adherencia a resina poliéster insaturada se dan mediante una solución de resina con 20% estireno, 0,03% de peróxido de etil metil cetona y 12% de naftaleno de cobalto. Por medio de estos métodos, se encontró que la fibra presenta una distribución longitudinal con cuerpos aglomerados y tubulares sin concentradores de esfuerzos. Dentro de las características más destacables se encuentra el porcentaje de elasticidad, una propiedad importante en aplicaciones mecánicas. De igual manera, se halló una buena resistencia a la degradación por altas temperaturas, aunque también presentó falencias en la adherencia adecuada a la resina. La caracterización de este estudio permite demostrar que la fibra de mocora tiene ventajas sobre otras fibras de uso estructural y comparativamente se encuentra cercana al desempeño de la fibra de coco, lo que permite concluir que tiene un potencial importante de aplicación a la industria que busca materiales resistentes, dando soporte a la caracterización de fibras emergentes ecuatorianas para una industria competitiva y económicamente circular.Abstract: Industries such as textiles, construction, packaging, automotive and aviation have taken advantage of the mechanical and environmental characteristics provided by natural fibers. In this sense, the mechanical characterization of the mocora fiber and its compatibility as a composite material has been explored, considering that this endemic fiber of Ecuador has structural applications in an artisanal way. In this regard, this research seeks to characterize said fiber using scanning electron microscopy, by means of an acceleration voltage of 15 kV and 20 kV and magnification of 500x and 1.6Kx. Likewise, mechanical tests are carried out with ASTM-D 5034 standards for the braided fiber and ASTM D 2256-02 for the composite material using a universal testing machine. The thermal properties are determined by thermogravimetric analysis, developed using an initial temperature of 40 ℃ until reaching a limit temperature of 600 ℃ with a step of 15 ℃ per minute. Adhesion tests to unsaturated polyester resin are carried out using a resin solution with 20% styrene, 0.03% ethyl methyl ketone peroxide and 12% cobalt naphthalene. Through these methods, it was found that the fiber has a longitudinal distribution with agglomerated and tubular bodies without stress concentrators. Among the most notable characteristics is the percentage of elasticity, an important property in mechanical applications. Likewise, good resistance to degradation by high temperatures was found, although it also presented deficiencies in adequate adhesion to the resin. The characterization of this study allows us to demonstrate that mocora fiber has advantages over other structural fibers and is comparatively close to the performance of coconut fiber, which allows us to conclude that it has an important potential for application to the industry that seeks resistant materials, supporting the characterization of emerging Ecuadorian fibers for a competitive and economically circular industry.
Abstract: Resumen: Este artículo propone el análisis y la implementación de un controlador no lineal por retroceso (backstepping) para regular la corriente en un sistema de inversor de cinco niveles conectado a la red a través de un filtro LCL. El diseño de un regulador robusto para sistemas no lineales es a menudo una tarea desafiante en la teoría de control. El estudio aborda los retos de mejorar el rendimiento del sistema de conversión mediante la selección de variables reguladas apropiadas y asegura la sincronización entre las señales de la red y el inversor de cinco niveles. Además, incluye el control de corriente de red utilizando el método de control por retroceso. Este método, basado en el enfoque de estabilidad de Lyapunov, implica la conmutación de un inversor de cinco niveles con modulación de alta frecuencia, y emplea la Modulación por Ancho de Pulso Sinusoidal como estrategia de modulación seleccionada. La configuración del sistema propuesto y la implementación del método de control por retroceso se discuten paso a paso para garantizar la eficiencia del análisis del sistema. Los resultados de simulación en el entorno MATLAB/Simulink validan el análisis teórico. El controlador no lineal por retroceso demuestra un excelente rendimiento en el seguimiento de señales de referencia y en la respuesta a cambios abruptos en la referencia, destacando su eficacia para el control de corriente en sistemas de inversores conectados a la red.Abstract: This paper proposes the analysis and implementation of a nonlinear backstepping controller to regulate the current in Grid-tied five-level inverter system via an LCL filter. Designing a robust regulator for nonlinear systems is often a challenging task in control theory. The study addresses the challenges of enhancing the performance of the conversion system by selecting appropriate regulated variables and ensures synchronization between the signals of the grid and the five-level inverter. Additionally, it includes a grid current control using the backstepping control method. This method is based on the Lyapunov stability approach, involves switching a five-level inverter with high-frequency modulation, and employs Sinusoidal Pulse Width Modulation as the selected modulation strategy. The proposed system configuration and the implementation of the backstepping control method are discussed step-by-step to ensure the efficiency of the system analysis. Simulation results in the MATLAB/Simulink environment validate the theoretical analysis. The nonlinear backstepping controller demonstrates excellent performance in tracking reference signals and responds to abrupt changes in the reference, highlighting its effectiveness for current control in grid-connected inverter systems.
Abstract: Resumen: El artículo presenta un innovador prototipo de máquina de empacado de botellas, enmarcada en el contexto del desarrollo industrial y la automatización de procesos. El sistema se encuentra diseñado en función de requerimientos que permiten abordar desafíos comunes en entornos de pequeñas y medianas empresas, la propuesta destaca por su eficiencia y asequibilidad. El sistema ofrece una alternativa económica a modelos de producción comerciales costosos. La implementación y pruebas del sistema han mostrado 100 porciento de precisión en el conteo y empacado de botellas hasta la reducción de costos operativos. Los resultados demuestran que el prototipo, con capacidad para procesar 16 botellas por minuto, mediante el desarrollo de un controlador PID sincroniza el tiempo de llegada de las botellas en la zona de descarga. El ciclo de desarrollo del sistema mecatrónico se complementa con el software que, mediante una aplicación de comunicación genera la interfaz de usuario y estadísticas de producción mediante una arquitectura cliente-servidor usando el protocolo de comunicación HTTP. El sistema destaca una solución integral, que ha sido desarrollada cumpliendo los requisitos específicos de la automatización industrial en el empacado de botellas.Abstract: The article presents an innovative prototype of a bottle packaging machine, framed in the context of industrial development and process automation. The system is designed based on requirements that allow addressing common challenges in small and medium-sized business environments. The proposal stands out for its efficiency and affordability. The system offers an economical alternative to expensive commercial production models. The implementation and testing of the system have shown 100 percent accuracy in counting and packaging bottles, leading to a reduction of operating costs. The results show that the prototype, which has the capacity to process 16 bottles per minute, through the development of a PID controller synchronizes the arrival time of the bottles in the unloading area. The development cycle of the mechatronic system is complemented by software that, through a communication application, generates the user interface and production statistics through a client-server architecture using the HTTP communication protocol. The system highlights a comprehensive solution, which has been developed, meeting the specific requirements of industrial automation in bottle packaging.
Abstract: Resumen: La industria de la construcción, clave en economías emergentes, emite cerca del 30 % de las emisiones globales de CO2. El cemento, esencial en el concreto, representa hasta el 15 % del volumen total y emite alrededor del 7 % de CO2. Por ello, es importante la búsqueda de alternativas de reemplazo como las cenizas de bagazo de caña de azúcar CBCA. En esta investigación, se realizaron mezclas con diferentes porcentajes de CBCA (0 %, 5 %, 10 %, 15 % y 20 %), previo al mezclado se caracterizó cuidadosamente los agregados y la CBCA, posteriormente se prepararon moldes de concreto en cilindros de 10x20 cm, al mismo tiempo de la preparación de los moldes se realizó el ensayo de Slump. A los 7, 14 y 28 días de curado, se realizó el ensayo a compresión de los moldes de concreto. Los resultados arrojan que la mezcla al 5 % mostró un mayor asentamiento, sin embargo, a medida se incrementa el porcentaje de CBCA el asentamiento tiende a descender. Por otro lado, la resistencia a la compresión a los 28 días, la mezcla con 0 % alcanzó 177,47 kg/cm2, superando los 175 kg/cm2 de diseño. Con 5 % de CBCA, la resistencia promedio fue de 136,07 kg/cm2, para 10 % de 124,1 kg/cm2, para 15 % de 97,75 kg/cm2 y para 20 % de 69,84 kg/cm2. Se concluye que tanto el asentamiento como la resistencia están directamente relacionados al grado del valor de superficie especifica, gravedad específica y temperatura de combustión. Se recomienda el uso de CBCA en un 5 %, con áreas específicas mayores 3 000 cm2/g, gravedades mayores de 2 000 kg/m3 y una temperatura de combustión de entre 500-750 °C para la asegurar la obtención de partículas amorfas.Abstract: The construction industry, crucial to emerging economies, emits approximately 30 % of global CO2 emissions. Cement, essential in concrete production, accounts for up to 15 % of the total volume, yet its manufacture releases around 7 % of CO2. It is therefore important to look for replacement alternatives such as sugarcane bagasse CBCA ash. In this investigation, mixtures were made with different percentages of CBCA (0 %, 5 %, 10 %, 15 % and 20 %), before mixing the aggregates and CBCA were carefully characterized, concrete molds were subsequently prepared in 10x20 cm cylinders, at the same time of the preparation of the molds the Slump test was carried out. At 7, 14 and 28 days of curing, the compression test of the concrete molds was performed. The results show that the 5% mixture showed a greater settlement, however, as the percentage of CBCA increases the settlement tends to decline. On the other hand, the compression strength at 28 days, the mixture with 0 % reached 177,47 kg/cm2, exceeding 175 kg/cm2 design. With 5 % CBCA, the average resistance was 136,07 kg/cm2, for 10 % 124,1 kg/cm2, for 15 % 97,75 kg/cm2 and for 20 % 69,84 kg/cm2. It is concluded that both settlement and resistance are directly related to the degree of specific surface value, specific gravity and combustion temperature. The use of CBCA is recommended in 5 %, with specific areas greater than 3 000 cm2/g, gravities greater than 2 000 kg/m3 and a combustion temperature of between 500-750 °C to ensure the obtaining of amorphous particles.
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