National Polytechnic School
Repositorio Institucional de la Escuela Politecnica NacionalNot a member yet
24746 research outputs found
Sort by
Desarrollo de un modelo simulador de microscopia de fuerza atomica coloidal.
Get PDFLa microscopia de fuerza atómica (AFM) con sonda coloidal es una técnica de caracterización de interacciones partícula-superficie en escala nanométrica. Actualmente existen simuladores de AFM, pero no permiten variar parámetros del medio, coloide, superficie, e incorporar heterogeneidades para el análisis de interacciones a nanoescala. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un simulador de AFM con sonda coloidal mediante una Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) de código abierto. Para esto, se realizaron simulaciones teóricas cuantitativas en Python, integrando teoría xDLVO y un modelo mecanístico de fuerza y torque para determinar trayectorias de coloides en una geometría de esfera en celda de Happel. El modelo se probó en condiciones favorables (coloide y superficie con la misma carga), no favorables (cargas opuestas), varios tamaños de coloides (0.1, 0.5 y 2.5 µm) y dos distribuciones de heterodominios (198 nm y 198 y 39.7 nm). Además, se desarrolló una GUI en código de fuente abierta y publicada en un repositorio online. El simulador generó perfiles de fuerza-distancia en cada punto medido por la sonda, lo que confirmó que los heterodominios nanométricos afectan las interacciones coloidales, creando superficies con zonas de atracción y repulsión. La GUI permitió la visualización de los resultados mediante distribuciones de perfiles de interacción, histogramas y mapas de energía. Esta herramienta permite interpretar datos reales de AFM de sonda coloidal al simular la heterogeneidad en las superficies que no pueden ser directamente inferidas en análisis experimentales y que se han demostrado que son clave para explicar fenómenos de transporte coloidal.Atomic force microscopy (AFM) with a colloidal probe is a technique for characterizing particle-surface interactions at the nanoscale. Currently, AFM simulators exist, but they do not allow varying parameters of the medium, colloid, surface, and incorporating heterogeneities for the analysis of nanoscale interactions. The aim of this work was to develop an AFM simulator with colloidal probe using an open-source graphical user interface (GUI). For this, quantitative theoretical simulations were performed in Python, integrating xDLVO theory and a mechanistic force-torque model to determine colloid trajectories in a sphere geometry in a Happel cell. The model was tested under favorable conditions (colloid and surface with the same charge), unfavorable conditions (opposite charges), various colloid sizes (0.1, 0.5 and 2.5 µm) and two heterodomain distributions (198 nm and 198 and 39.7 nm). In addition, a GUI was developed in open-source code and published in an online repository. The simulator generated force-distance profiles at each point measured by the probe, which confirmed that nanometer heterodomains affect colloidal interactions, creating surfaces with zones of attraction and repulsion. The GUI allowed visualization of the results using interaction profile distributions, histograms and energy maps. This tool allows the interpretation of real colloidal probe AFM data by simulating surface heterogeneity that cannot be directly inferred in experimental analysis and that has been shown to be key to explaining colloidal transport phenomena.Pazmiño Ibarra, Eddy Fernando, directo
Dimensionamiento de sistemas de energía renovable para la cobertura total o parcial de la extracción minera en el Ecuador : análisis y dimensionamiento de un sistema de energía renovable para el proyecto mirador
Get PDFEste trabajo evalúa la factibilidad técnica de incorporar generación renovable en la operación minera del proyecto Mirador, mediante el análisis del recurso solar y eólico disponible en el sitio. Para esto, se caracterizó la demanda energética anual del proceso extractivo y se analizaron datos climáticos horarios obtenidos de un archivo TMY, con el fin de estimar el potencial energético local. El recurso eólico fue descartado como una alternativa energética por presentar velocidades medias inferiores a 2,2 m/s y densidades energéticas marginales, en el lugar en el que se encuentra el proyecto Mirador, inviables para generación a escala industrial. En contraste, el recurso solar mostró condiciones favorables, con una irradiación promedio de 3,75 kWh/m²·día, permitiendo el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico de gran escala. Mediante simulación en SAM, se validó una configuración que cubre el 80 % de la demanda energética actual mediante autogeneración renovable. Posteriormente, se ajustó la propuesta a un escenario físico más realista al considerar las restricciones de espacio útil disponible, alcanzando una cobertura energética del 61,6 %. Este sistema reduciría las emisiones en aproximadamente 12.636 tCO₂/año. Los resultados evidencian el potencial de la energía solar como solución de sostenibilidad energética en el entorno minero ecuatoriano.This work evaluates the technical feasibility of incorporating renewable generation into the Mirador project's mining operation by analyzing the solar and wind resources available at the site. To this end, the annual energy demand of the extraction process was characterized, and hourly climate data obtained from a TMY file were analyzed to estimate the local energy potential. Wind power was ruled out as an energy alternative due to average velocities below 2.2 m/s and marginal energy densities, which were unviable for industrial-scale generation at the Mirador project site. In contrast, the solar resource showed favorable conditions, with an average irradiation of 3.75 kWh/m² day, allowing for the sizing of a large-scale photovoltaic system. Using SAM simulation, a configuration was validated that covers 80% of the current energy demand through renewable self-generation. The proposal was subsequently adjusted to a more realistic physical scenario, considering the limitations of available usable space, achieving an energy coverage of 61.6%. This system would reduce emissions by approximately 12,636 tCO₂/year. The results demonstrate the potential of solar energy as an energy sustainability solution in the Ecuadorian mining sector
Diseño de una máquina desfibradora de agave americana para uso semi industrial : diseño del bastidor, sistema de transmisión de potencia y protecciones
Get PDFEl presente trabajo expone el diseño de una “MAQUINA DESFIBRADOES DE AGAVE AMERICANO PARA USO SEMI INDUSTRIAL”, enfocado en el diseño del bastidor, sistema de transmisión de potencia y protecciones. La investigación surge como respuesta a las necesidades de “ANAGAVEC”, donde los métodos tradicionales de desfibrado presentan baja eficiencia, alto consumo energético, riesgos laborales y sistemas rígidos que no permiten el procesamiento de hojas de diferentes espesores.
El objetivo principal fue el diseñar estos componentes mediante análisis estructural, cinemático y de seguridad, para ello se basó en principios de ingeniería mecánica, modelados CAD con Autodesk Inventor y SolidWorks, cálculos cinemáticos y análisis estructural por elementos finitos.
Se desarrolló un sistema de transmisión de dos etapas: la primera utiliza bandas y poleas, la segunda emplea un tren de engranajes cilíndricos rectos que permite sincronización mecánica entre rodillos desfibradores y sistema de alimentación, la innovación radica en la implementación de un sistema que permite la regulación de la separación entre rodillos desfibradores, superando las limitaciones de rigidez geométrica de máquinas tradicionales y proporcionando versatilidad para procesar hojas de diferentes espesores.This paper presents the design of an “AMERICAN AGAVE SHREDDING MACHINE FOR SEMI-INDUSTRIAL USE,” focusing on the design of the frame, power transmission system, and safety guards. The research emerged in response to the needs of ANAGAVEC, where traditional defibration methods are inefficient, consume a lot of energy, present occupational hazards, and use rigid systems that cannot process leaves of different thicknesses.
The main objective was to design these components through structural, kinematic, and safety analysis, based on mechanical engineering principles, CAD modeling with Autodesk Inventor and SolidWorks, kinematic calculations, and finite element structural analysis.
A two-stage transmission system was developed: the first uses bands and pulleys, the second uses a cylindrical gear train that allows mechanical synchronization between shredding rollers and the feeding system. The innovation lies in the implementation of a system that allows the separation between the rolling defibrators to be adjusted, overcoming the geometric rigidity limitations of traditional machines and providing versatility to process sheets of different thicknesses
Evaluación de las propiedades mecánicas de materiales compuestos preparados con refuerzos de origen natural y matrices biodegradables : evaluación de las propiedades mecánicas de materiales compuestos de matriz pla reforzados con partículas de sílice natural
Get PDFEl objetivo de este estudio fue la evaluación del efecto de la incorporación de partículas de biosílice, de origen natural proveniente de tierra de diatomeas, sobre las propiedades mecánicas de compuestos de ácido poliláctico (PLA). El uso de biosílice como refuerzo es una alternativa prometedora, debido a que permite la mejora de las propiedades, sin comprometer la biodegradabilidad del producto final. La biosilice utilizada de la marca Hyflo fue seleccionada debido a su bajo costo de 12.65/kg) and commercial availability. Particle size and agglomeration of the biosilica were characterized using dynamic light scattering (DLS) and scanning electron microscopy (SEM). SiO₂ particles exhibited an effective diameter of 1399.3 nm (1.4 µm), along with the presence of submicron particles measuring 638.69 nm (0.64 µm). In contrast, agglomerates larger than 20 μm were observed in the SEM micrographs. The composites were prepared using biosilica at weight percentages of 1%, 4%, 7%, and 10%. They were fabricated using extrusion and injection molding techniques. The specimens were characterized by flexural testing according to ASTM D790-17, differential scanning calorimetry (DSC), density measurements, and void content analysis. In general, the results showed a void content higher than 8.4%, indicating the need to optimize processing conditions. Consequently, a decrease in both flexural strength and maximum deformation of the composites was observed. However, the PLA composite reinforced with 7% w/w biosilica exhibited a 5.69% increase in flexural modulus, without compromising flexural strength or deformation capacity. Furthermore, the incorporation of 10% w/w SiO₂ led to increases of 13.79% and 16.77% in the degree of crystallinity, compared to the pure PLA matrix, during the first and second heating cycles, respectively. Additionally, DSC results showed that the incorporation of biosilica particles caused a slight increase in the glass transition temperature (Tg) of the composites, from 49.5 °C to 51.3 °C
Diseño y construcción de una estructura de tres grados de libertad con amortiguamiento dinámico de vibraciones : diseño y construcción de una subestructura de dos grados de libertad, que corresponde a los segundo y tercer pisos de la estructura propuesta, acoplada con un sistema de amortiguamiento dinámico.
Get PDF"Este trabajo presenta el diseño, construcción y análisis experimental de una estructura modular de tres grados de libertad (3GDL) con la incorporación de un absorbedor dinámico de vibraciones. Inicialmente, se dimensionó un solo piso como un sistema de un grado de libertad (1GDL), el cual sirvió como base para replicar los demás niveles (segundo y tercer piso). Posteriormente, se acopló al primer piso que contiene el motor para formar una estructura completa de 3GDL.
Se utilizó una combinación de elementos estructurales como pletinas, placas base, pernos y rigidizadores, todos fabricados con acero A36 por sus buenas propiedades mecánicas. El absorbedor de vibraciones consistió en un cilindro de bronce unido a una barra roscada de 3 mm que permite afinar su frecuencia natural, logrando así una sintonización precisa con la estructura.
A través de pruebas experimentales con excitación libre, se utilizó un sensor inercial para medir la respuesta dinámica en el dominio del tiempo y de la frecuencia. La frecuencia natural del sistema estructural se comparó con la del absorbedor, logrando una coincidencia cercana. Además, se calculó y graficó el factor de magnificación del sistema con distintos niveles de amortiguamiento, incluyendo el valor óptimo teórico y el experimental.
Los resultados demostraron que, al afinar adecuadamente el absorbedor, se logra una reducción significativa en la vibración del sistema, cumpliendo así con los objetivos propuestos en el proyecto. El trabajo evidencia la eficacia del uso de absorbedores pasivos sintonizados en sistemas estructurales y proporciona una base experimental aplicable a futuras investigaciones."This study presents the design, construction, and experimental analysis of a modular three degree of freedom (3DOF) structure incorporating a passive tuned mass damper (TMD). The system was initially conceptualized by modeling a single story frame as a one degree of freedom (1DOF) system, which served as the prototype for replicating the remaining levels. The final configuration consisted of three coupled levels, with the first floor housing the excitation motor.
The structural assembly was fabricated using A36 steel plates, base supports, bolts, and stiffeners, selected for their favorable mechanical properties. The vibration absorber consisted of a bronze cylinder connected to a 3 mm threaded rod, allowing for fine-tuning of its natural frequency to achieve precise resonance alignment with the host structure.
Free vibration tests were conducted using an inertial measurement unit (IMU) to capture the system’s dynamic response in both time and frequency domains. A close match between the natural frequencies of the structure. The magnification factor was computed and plotted for various damping levels, including both theoretical optimal damping and experimentally observed values.
he results demonstrated a significant reduction in vibratory response when the absorber was properly tuned, confirming the effectiveness of the TMD in mitigating resonance. This work highlights the practical utility of passive vibration absorbers in structural systems and offers a validated experimental framework for future research applications
Análisis de un sistema escalable de generación fotovoltaica y recolección de agua lluvia para aplicaciones agroindustriales : Diseño y evaluación energética de un sistema híbrido de generación fotovoltaica y captación de agua lluvia para la zona de la costa ecuatoriana
Get PDFEl presente trabajo desarrolla un sistema híbrido agrivoltaico orientado al cultivo de cacao criollo nacional en la costa ecuatoriana. La propuesta junta generación fotovoltaica bifacial, captación de agua lluvia y un sistema de riego por goteo, con el propósito de cubrir la demanda hídrica anual del cultivo sin recurrir a fuentes externas de agua y energía. El diseño contempla la instalación de 2040 paneles solares elevados a 3 metros de altura, cuya disposición proporciona sombra parcial a los cultivos de cacao y permite la recolección del escurrimiento de agua lluvia hacia canales conectados a un reservorio principal. Este reservorio, con altura de enterramiento limitada por normativa FAO, se complementa con cuatro reservorios auxiliares enterrados que aportan agua en la época seca mediante vaciado estratégico anual. La energía generada se destina a operar una bomba sumergible y una bomba multietapa, encargadas de impulsar el caudal necesario al sistema de riego por goteo. El energético se fundamenta en cálculos técnicos validados por simulaciones en el software SAM y normas aplicables, y el dimensionamiento hidráulico se fundamenta en la estimación de la presión de bombeo en el sector más crítico de la plantación. La solución diseñada demostró viabilidad técnica, autonomía operativa y escalabilidad en contextos agrícolas similares, promoviendo la sostenibilidad del cultivo frente a la estacionalidad climática. Este modelo representa un paso hacia una agricultura tecnificada, autosuficiente y ambientalmente responsable.The present work develops a hybrid agrivoltaic system oriented to the cultivation of Nacional fine-flavor cocoa in the Ecuadorian coastal region. The proposed system combines bifacial photovoltaic generation, rainwater harvesting, and a drip irrigation scheme aiming to meet the crop’s annual water demand without relying on external sources of water or energy. The design includes the installation of 2040 solar panels elevated at a height of 3 meters, strategically arranged to provide partial shading to the cocoa plants while enabling the collection of rainwater runoff through channels connected to a main reservoir. This reservoir, with a burial depth limited by FAO recommendations, is complemented by four underground auxiliary reservoirs that supply water during the dry season through an
annually programmed discharge. The generated energy powers a submersible pump and a multistage surface pump, which drive the required flow through the drip irrigation network. The energy system was validated through technical calculations and simulations in the SAM software, following applicable standards. The hydraulic design was based on the estimation of the required pumping pressure at the most critical irrigation zone. The proposed solution demonstrated technical feasibility, operational autonomy, and scalability for agricultural contexts with similar conditions, enhancing the crop’s resilience to climatic seasonality. This model constitutes a step forward toward a smart, self-sufficient, and environmentally responsible agricultural system
Análisis e implementación de un plan de mejores en los indicadores de ecoeficiencia del restaruante Los Tres Guabos : definición de indicadores de ecoeficiencia energética e industrial aplicables al restaurante Los Tres Guabos
Get PDFEl objetivo principal de este trabajo es establecer indicadores de ecoeficiencia energética para el restaurante “Los Tres Guabos”, con base en un levantamiento de procesos y análisis operativo, con el fin de evaluar su desempeño actual y proponer estrategias de mejora. Para ello, se realizó una caracterización detallada de los consumos energéticos a través de la revisión del histórico de facturación eléctrica y la implementación de un sistema de medición basado en un microcontrolador Arduino Mega 2560 y un sensor PZEM-004T. Este levantamiento permitió identificar que los sistemas de refrigeración representan aproximadamente el 55 % del consumo total. A partir de estos datos, se definieron los indicadores clave que reflejan el comportamiento energético del establecimiento. Como respuesta a los resultados obtenidos, se diseñó un sistema fotovoltaico de 11.3 kW compuesto por 20 paneles solares monocristalinos de 585 W, dimensionado según la demanda energética anual y la radiación solar promedio de la zona. El sistema es capaz de generar 17.040 kWh/año, lo que representa un excedente del 130,27 % respecto al consumo actual. En términos ambientales, se estima una reducción de aproximadamente 8.25 t CO₂ al año, acumulando 206 t CO₂ evitadas en un periodo de 25 años. El proyecto se concluye como técnica y económicamente viable, con una inversión inicial de 1758.32, un Valor Actual Neto (VAN) de 4489.50, an annual savings of 11470.84, and an Internal Rate of Return (IRR) of 39%
Implementación de un SIEM open source para la gestión de red y la minización de ataques a CELEC : configuración e implementación de un SIEM open source en el área técnica
No full textEste trabajo de integración curricular se desarrolló en el contexto de CELEC, con el objetivo de implementar un SIEM Open Source en el Área Técnica que mejor se adapte al contexto de la organización. Para ello, se aplicaron métodos tales como Brainstorming (lluvia de ideas) para poder entender todos los requerimientos y necesidades que actualmente presenta la empresa y los cuales se pretenden solventar mediante la implementación de un SIEM, así como la utilización del tablero Kanban para poder observar de una manera más didáctica todas las tareas que se van a realizar, así como cuáles están en espera, en desarrollo y cuáles ya se han concluido, todo esto permitió abordar la mayor cantidad de necesidades de la empresa los cuales fueron plasmados mediante las reglas que han sido implementadas en el SIEM para que pueda detectar la mayor cantidad de eventos y reduciendo al mínimo la cantidad de falsos positivos. Al finalizar toda la implementación se realizó todas las pruebas necesarias, esto con la finalidad de verificar y confirmar que los eventos se están capturando de manera correcta y también que no se esté generando alertas a las reglas que han sido eliminadas o comentadas. Este trabajo concluye con una implementación efectiva que no solo cumple con requisitos operativos, sino también legales como el EGSI y normativos como MITRE ATT&CK y NIST SP 800-61, esto con la finalidad de reforzar la ciberseguridad de la organización.This curricular integration project was developed within the context of CELEC, with the objective of implementing an Open Source SIEM in the Technical Area that best suited the organization's context. To achieve this, methods such as brainstorming were applied to understand all the company's current requirements and needs, which are intended to be addressed through the implementation of a SIEM. The Kanban board was also used to more didactically observe all the tasks to be performed, as well as those pending, in development, and those already completed. This allowed the company's needs to be addressed as widely as possible, which were captured through the rules implemented in the SIEM to detect the greatest number of events and minimize the number of false positives. Upon completion of the entire implementation, all necessary tests were performed to verify and confirm that events are being captured correctly and that no alerts are being generated for rules that have been deleted or commented out. This work concludes with an effective implementation that not only meets operational requirements but also legal requirements such as the EGSI and regulations such as MITRE ATT&CK and NIST SP 800-61, with the aim of strengthening the organization's cybersecurity
Plataforma de aprendizaje interactivo en línea: diseño de un curso introductorio en una plataforma en línea sobre automatización y agentes de IA
Get PDFEn décadas recientes, ha surgido una necesidad de democratización de conocimiento motivada por el avance acelerado de la tecnología. Con este enfoque, se desarrolló un curso orientado a introducir a los estudiantes en las bases de automatización y agentes de IA. El curso abordó la implementación de una automatización funcional en la plataforma n8n como proyecto integrador, con el objetivo deponer en práctica los conceptos.
Los resultados pusieron en evidencia de forma puntual un impacto positivo en el interés y entendimiento. Los resultados señalan particularmente que un 56.5% de los participantes incrementó su interés por la temática, mientras que un 64.7% vio facilitado el aprendizaje por la estructura del curso.
El diseño del curso fue acompañado a lo largo de sus fases por diferentes herramientas de IA. De esta forma se obtuvo resultados de calidad, validado por un 52.9% de los estudiantes que destacó la calidad audiovisual del material y un 51.8% valoró positivamente la claridad y efectividad de las explicaciones narradas.
Dentro del curso fueron implementadas diferentes actividades gamificadas de las cuales destaco los videos con preguntas interactivas y el mapa interactivo con una preferencia del 42.4% cada una. Mientras que un 36.5% de los estudiantes expreso una preferencia por el uso de las preguntas en los videos. De esta forma es posible afirmar la efectividad de la IA como asistente en la producción y diseño de contenido educativo de calidad.In recent decades, the rapid advancement of technology has generated a growing need for the democratization of knowledge. With this approach, a course was developed to introduce students to the fundamentals of automation and AI agents. The course included the implementation of a functional automation using the n8n platform as an integrative project, with the aim of putting the concepts into practice.
The results clearly demonstrated a positive impact on participants’ interest and understanding. Specifically, 56.5% of participants reported an increased interest in the subject matter, while 64.7% stated that the course structure facilitated their learning.
The course design was supported throughout its stages by various AI tools. This approach led to high-quality outcomes, as validated by 52.9% of students who highlighted the audiovisual quality of the material and 51.8% who positively assessed the clarity and effectiveness of the narrated explanations.
Several gamified activities were implemented in the course, among which interactive videos with embedded questions and the interactive map stood out, each receiving a preference of 42.4%. Additionally, 36.5% of students expressed a preference for a greater use of questions in the videos. These findings confirm the effectiveness of AI as an assistant in the production and design of high-quality educational content
Sistema de paneles solares guiados por un modelo de aprendizaje de máquina : prototipo de panel solar móvil, microservicio de predicción y plataforma web de monitoreo
No full textEl proyecto presente está compuesto de dos prototipos de paneles solares, uno estático y uno móvil. El panel móvil realiza sus movimientos mediante dos servomotores integrados a una ESP32 WROOM. El panel móvil, por medio de la esp32, realiza peticiones HTTP a un microservicio implementado en una instancia EC2 de AWS, el cual contiene un modelo de aprendizaje de máquina de tipo regresión basado en redes neuronales artificiales (ANN). Este modelo predice cuál es la posición del sol, en grados de azimut y elevación, de acuerdo con los parámetros climáticos y horario presentes en el lugar consultados desde una API externa (OpenWeather). Además, el microservicio, mediante el uso del servicio RDS de AWS, almacena los datos del voltaje, corriente, y potencia de cada panel en una base de datos de tipo relacional con PostgreSQL, con el fin de comparar el rendimiento de cada uno. La última información guardada es la que se visualiza en un sitio web junto con la hora de registro. La plataforma web está alojada en una instancia EC2 que se ubica en una zona de disponibilidad diferente al de la instancia que contiene el microservicio. La lógica de operación del sitio fue desarrollada con FastAPI en el lado del Backend. La interfaz para el usuario fue realizada con HTML, CSS y JavaScript (JS) en el lado del Frontend. Con ello se busca demostrar que el panel impulsado por el modelo de aprendizaje de máquina captura más energía que el un panel en posición común.The present project consists of two prototypes of solar panels, one static and one mobile. The mobile panel performs its movements using two servomotors integrated with an ESP32 WROOM. The mobile panel, through the ESP32, makes HTTP requests to a microservice implemented on an AWS EC2 instance, which contains a machine learning regression model based on artificial neural networks (ANN). This model predicts the position of the sun in degrees of azimuth and elevation, according to the climatic and time parameters present in the location, queried from an external API (OpenWeather). Additionally, the microservice, using AWS RDS service, stores the voltage, current, and power data of each panel in a relational database with PostgreSQL, to compare the performance of each one. The last saved information is what is displayed on a website along with the registration time. The web platform is hosted on an EC2 instance located in a different availability zone than the instance containing the microservice. The site's operating logic was developed with FastAPI on the Backend side. The user interface was created with HTML, CSS, and JavaScript (JS) on the Frontend side. This aims to demonstrate that the panel driven by the machine learning model captures more energy than a panel in a common position