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Cálculo de la velocidad de desgaste abrasivo en engranajes de dientes rectos y helicoidales con perfil evolvente, utilizando una GUI de Matlab
Get PDFThe present investigation originated under the objective of designing a software with Matlab that allows calculating the abrasive wear rate of spur and helical gears with involute profile. Where, the unstudied generalities about the design of gears have generated negative consequences in functionality and have generated catastrophic failures that have produced unexpected stoppages of mechanical processes, for which understanding their causes becomes essential. Considering, for the calculation of the abrasive wear of the tribological pairs in heavy machinery, it will depend on the degree of grinding or size of the abrasive particles, the hardness, the material of the base gear, the lubrication regime and the geometric conditions that determine the nature of tribological contact, as well as the time and speed of use of heavy machinery. Initially, the theoretical environment that makes up the study based on the main components such as: gears, lubrication, steel, heat treatments and finally Matlab is established.
Next, the mathematical models of Archard and Kraglesky were established, which were adapted to the circumstances of the problem and based on this information, a software capable of calculating the rate of abrasive wear was formulated using a graphical Matlab user tool; We proceed to execute the manual calculation with the determined variables taking experimental data obtained from previous investigations and that comply with the variables determined for the execution of the mathematical process, given that the results generated through the software can be tabulated, graphed in Excel and verified. with manual mathematical development. Looking for the comparison, differentiation and trend of the behavior of the wear rate, varying the parameters involved in the process using the two mathematical models proposed.La presente investigación se originó con el objetivo de diseñar un \emph{software} con Matlab que permita calcular la velocidad de desgaste abrasivo de engranajes rectos y helicoidales de perfil evolvente. Donde, las generalidades no estudiadas sobre el diseño de engranajes han generado consecuencias negativas en la funcionalidad y fallas catastróficas que han producido paras improvistas de procesos mecánicos, por lo cual entender las causas de los mismos se vuelve fundamental. El cálculo del desgaste abrasivo de los pares tribológicos en maquinaria pesada dependerá del grado de trituración o tamaño de las partículas abrasivas, la dureza, el material del engrane base, el régimen de lubricación y las condiciones geométricas que determinen la naturaleza del contacto tribológico, así como el tiempo y velocidad de uso de la maquinaria pesada. Inicialmente, se establece el entorno teórico que compone el estudio basado en los principales componentes como engranajes, lubricación, el acero, los tratamientos térmicos y, al final, Matlab.
Seguidamente, se establecieron los modelos matemáticos de Archard y Kraglesky que fueron adaptadas a las circunstancias del problema y en función de esta información formular un software capaz de calcular la velocidad de desgaste abrasivo mediante una herramienta gráfica de usuario de Matlab. Se procede a ejecutar el cálculo manual con las variables determinadas, tomando datos experimentales obtenidos de investigaciones previas y que cumplan con las variables determinadas para la ejecución del proceso matemático, dado que los resultados generados a través del software puedan ser tabulados, graficados en Excel y comprobados con el desarrollo matemático manual. Buscando la comparación, diferenciación y tendencia del comportamiento de la velocidad de desgaste, variando los parámetros involucrados en el proceso utilizando los dos modelos matemáticos planteados
Diseño de un sistema de generación microhidráulica basado en un tornillo de Arquímedes
Get PDFIn this work, the principle of hydroelectric generation, used on a large scale in our country, is applied. The built system represents a didactic laboratory tool in teaching courses on renewable energies. The objective of this article is the construction of a didactic hydraulic micro generator that allows to take advantage of the kinetic energy of water to produce electrical energy. In addition, having said system in an educational institution helps to teach concepts of renewable energies such as micro-hydraulics and promote its applications in rural areas through projects related to society. Important design aspects such as power generation, use of the Archimedes screw model, supply of water resources, cost of materials for processing, installation of the generator, among others, have been considered. This proposal offers a low-cost educational solution that is easy to reproduce, which generates a maximum power of 8(W) with a flow rate of 10(l/s), which allows supplying a certain electrical demand, mainly for lighting. Through a model validated in the laboratory thanks to the removable system that must be used in a real environment, tests were carried out using a water storage tank and a pump. With these results it is concluded that the built system takes advantage of a reduced water flow to produce clean and renewable energy.En este trabajo se aplica el principio de generación hidroeléctrica, utilizado a gran escala en nuestro país. El sistema construido representa una herramienta didáctica de laboratorio en los cursos de docencia sobre energías renovables. El objetivo de este artículo es la construcción de un microgenerador hidráulico de carácter didáctico que permita aprovechar la energía cinética del agua para la producción de energía eléctrica. Además, disponer dicho sistema en una institución educativa ayuda a enseñar conceptos de energías renovables como la microhidráulica y potenciar sus aplicaciones en zonas rurales a través de proyectos de vinculación con la sociedad. Se han considerado aspectos de diseño importantes como potencia de generación, uso del modelo tornillo de Arquímedes, suministro del recurso hídrico, costo de materiales para la elaboración, instalación del generador, entre otros. Esta propuesta ofrece una solución didáctica de bajo costo fácil de reproducir, que genera una potencia máxima de 8 (W) con un caudal de 10 (l/s), lo que permite abastecer una determinada demanda eléctrica, principalmente de iluminación. A través de un modelo validado en laboratorio gracias al sistema desmontable que posee para ser utilizado en un entorno real, se realizaron pruebas, utilizando un tanque de almacenamiento de agua y una bomba. Con estos resultados se concluye que el sistema construido aprovecha un caudal de agua reducido para producir energía limpia y renovable
Correlación para el cálculo de la fricción turbulenta en tuberías
Get PDFOne of the essential parameters in hydraulic systems of pipe networks is the friction factor lambda. The friction factor is determined using the implicit Colebrook-White equation through iterative methods, which makes its application challenging. In this work, a correlation based on the recursive method is developed to calculate the friction factor using the Colebrook-White equation. Two empirical relationships are proposed to finalise the correlation, with coefficients and exponents calibrated in Excel 2019. The results of the two proposed relationships were compared with the Swamee-Jain and Haaland relationships for recursive increments. For the lambda8 correlation, the maximum percentage error of the friction factor was 0,0000017%, for a relative roughness of 0,00001 and a Reynolds number of 4000. Additionally, the calculations yielded seven exact decimal digits for the friction factor. For Reynolds numbers greater than 4000, the percentage error decreases. As a result, it is concluded that the correlation based on the proposed explicit relationships satisfies the solution of the implicit Colebrook-White equationEn los sistemas hidráulicos de redes de tuberías, uno de los parámetros fundamentales es el factor de fricción lambda. El factor de fricción se determina con la ecuación implícita de Colebrook-White por medios iterativos, lo cual dificulta su aplicación. En el presente trabajo se construye una correlación basada en el método recursivo para el cálculo del factor de fricción, para lo cual se empleó la ecuación de Colebrook-White. Para el cierre de la correlación se proponen dos relaciones empíricas, donde sus coeficientes y exponentes fueron calibrados en Excel 2019. Se compararon los resultados de las dos relaciones que se proponen con las relaciones de Swamee-Jain y Haaland, para incrementos recursivos, donde para la correlación lambda8 se obtuvo el error porcentual máximo del factor de fricción de 0,0000017 %, para la rugosidad relativa de 0,00001 y número de Reynolds 4000; así como, los decimales arrojaron siete dígitos decimales exactos para el factor de fricción. Para Reynolds mayores de 4000, el error porcentual disminuye. Se concluye que la correlación en función de las relaciones explícitas que se proponen satisface a la solución de la ecuación implícita de Colebrook-White
Estudio de eficiencia energética de una bicicleta eléctrica urbana cargada con una estación de carga solar fotovoltáica autónoma y su cumplimiento con la regulación ecuatoriana No. ARCERNNR – 002/20
Get PDFE-bikes are an emerging sustainable means of transportation, if adopted massively, they can help face the challenges of human mobility in urban centers worldwide. In Cuenca, Ecuador, the local government built cycle routes (13.47 km) connecting strategic points to facilitate and encourage sustainable mobility. However, the effective implementation of the electromobility strategies at a large scale entails impacts on the power grid, like the increase in the energy demand and the possible decrease of the energy quality due to the harmonic distortion that characterizes the battery\u27s charging current. This research aims to obtain a primary input to evaluate such impacts through an energy efficiency study of an urban e-bike charged by a standalone solar photovoltaic charging station implemented in the Microgrid Laboratory of Universidad de Cuenca. The methodology includes the experimental characterization of the battery\u27s charging regime, the vehicle\u27s energy efficiency calculation, and the evaluation of its compliance with Ecuadorian grid code No. ARCERNNR – 002/20. Results show that the battery\u27s charger performs a charging regime standardized by German regulations, delivering 92% of charge in 4.82 hours. The e-bike\u27s calculated average energy efficiency is 2.18 kWh/100 miles or 73.77 m/Wh, and a fuel economy of 1545.1 MPGe. Finally, the magnitude of the first four odd harmonic components and the total harmonic distortion of the charging current exceeds the limits established by the grid code in force.Las bicicletas eléctricas (e-bikes) son un medio de transporte sostenible emergente. Si se adoptan masivamente, ayudarían a enfrentar los desafíos de movilidad humana en las ciudades del mundo. En Cuenca, Ecuador, el Gobierno local construyó ciclovías (13,47 km) que conectan puntos estratégicos, para facilitar y fomentar la movilidad sostenible. Sin embargo, la implementación efectiva de las estrategias de electromovilidad a gran escala conlleva impactos en la red eléctrica, como el aumento de la demanda de energía y la posible disminución de su calidad debido a la distorsión armónica de la corriente de carga de la batería. El propósito de esta investigación es hacer una evaluación preliminar de dichos impactos, mediante el estudio de eficiencia energética de una \emph{e-bike} urbana cargada con una estación solar fotovoltaica aislada, implementada en el Laboratorio de Micro-Red de la Universidad de Cuenca. La metodología incluye la caracterización experimental del régimen de carga de la batería, el cálculo de la eficiencia energética del vehículo y la evaluación del cumplimiento de la normativa ecuatoriana ARCERNNR–002/20. Los resultados muestran que el cargador de la batería implementa un régimen de carga estandarizado por normas alemanas, entregando 92 % de carga en 4,82 horas. La eficiencia energética promedio de la e-bike es 2,18 kWh/100 millas o 73,77 m/Wh, y una economía de combustible de 1545,1 MPGe. Finalmente, la magnitud de las primeras cuatro componentes armónicas impares y la distorsión armónica total de la corriente de carga supera los límites establecidos por la normativa
Análisis de la eficiencia del freno regenerativo en un vehículo eléctrico mediante pruebas experimentales
Get PDFThis paper presents a regenerative braking analysis of efficiency in real driving conditions and different road geographies. Factors affecting or benefiting energy recovery were identified, these are: the weight of the vehicle, torque, speed, inclination of road, and braking time; however, the sport and Eco driving modes were not considered because the same driving pace was chosen for the different routes. These results are intended to collaborate with real energy regeneration data and help investigators, academics, and automotive engineering, improving this system\u27s efficiency. In the driving process, the state of charge (SOC), speed, torques, and road geography effect the efficiency of regenerative braking, as driving a vehicle on a road with irregular geography exposes it to aggressive physical factors, which considerably reduces its energy autonomy. The main aspects of recovery and regenerative braking efficiency were determined through quantitative data analysis, resulting in experimental surfaces and curves, which present the performance of current and deceleration during vehicle braking. Thus, it is shown that the energy recovery during braking is 78% considering the low autonomy of the electric vehicle.Este artículo presenta un análisis de la eficiencia del frenado regenerativo en condiciones reales de conducción y en diferentes geografías de carretera. Se identificaron los factores que afectan o benefician a la recuperación de energía, estos son: el peso del vehículo, el par, la velocidad, la inclinación de la calzada y el tiempo de frenado; no obstante, no se consideraron los modos de conducción deportivo y Eco debido a que se optó por un mismo ritmo de conducción en las diferentes rutas. Estos resultados pretenden colaborar con datos reales de regeneración de energía y ayudar a los investigadores, académicos e ingenieros de automoción, a mejorar la eficiencia de este sistema. En el proceso de conducción, el estado de carga (SOC), la velocidad, torques y la geografía de la carretera afectan a la eficiencia del frenado regenerativo, ya que conducir un vehículo por una carretera con una geografía irregular lo expone a factores físicos agresivos, lo que reduce considerablemente su autonomía energética. Se determinaron los principales aspectos de la recuperación y la eficiencia del frenado regenerativo mediante análisis de datos cuantitativos, dando como resultado superficies y curvas experimentales, que presentan el rendimiento de la corriente y la desaceleración durante el frenado del vehículo. Así, se demuestra que la eficiencia de recuperación de energía durante el frenado es de un 78 % considerando la baja autonomía del vehículo eléctrico
Análisis de sentimiento de los datos de twitter de COVID-19 utilizando modelos de aprendizaje profundo y aprendizaje máquina
Get PDFThe novel coronavirus disease (COVID-19) is an ongoing pandemic with large global attention. However, spreading fake news on social media sites like Twitter is creating unnecessary anxiety and panic among people towards this disease. In this paper, we applied machine learning (ML) techniques to predict the sentiment of the people using social media such as Twitter during the COVID-19 peak in April 2021. The data contains tweets collected on the dates between 16 April 2021 and 26 April 2021 where the text of the tweets has been labelled by training the models with an already labelled dataset of corona virus tweets as positive, negative, and neutral. Sentiment analysis was conducted by a deep learning model known as Bidirectional Encoder Representations from Transformers (BERT) and various ML models for text analysis and performance which were then compared among each other. ML models used were Naïve Bayes, Logistic Regression, Random Forest, Support Vector Machines, Stochastic Gradient Descent and Extreme Gradient Boosting. Accuracy for every sentiment was separately calculated. The classification accuracies of all the ML models produced were 66.4%, 77.7%, 74.5%, 74.7%, 78.6%, and 75.5\%, respectively and BERT model produced 84.2%. Each sentiment-classified model has accuracy around or above 75%, which is a quite significant value in text mining algorithms. We could infer that most people tweeting are taking positive and neutral approaches.En este artículo, aplicamos técnicas de aprendizaje automático para predecir el sentimiento de las personas que usan las redes sociales como Twitter durante el pico de COVID-19 en abril de 2021. Los datos contienen tweets recopilados en las fechas entre el 16 de abril de 2021 y el 26 de abril de 2021, donde el texto de los tweets se ha etiquetado mediante la formación de los modelos con un conjunto de datos ya etiquetado de tweets de virus de corona como positivo, negativo y neutro. El análisis del sentimiento se llevó a cabo mediante un modelo de aprendizaje profundo conocido como Representaciones de Codificadores Bidireccionales de Transformers (BERT) y varios modelos de aprendizaje automático para el análisis de texto y el rendimiento, que luego se compararon entre sí. Los modelos ML utilizados son Bayes ingenuas, regresión logística, bosque aleatorio, máquinas vectoriales de soporte, descenso de gradiente estocástico y aumento de gradiente extremo. La precisión de cada sentimiento se calculó por separado. La precisión de clasificación de todos los modelos de ML producidos fue de 66.4 %, 77.7 %, 74.5 %, 74.7 %, 78.6 % y 75.5 %, respectivamente y el modelo BERT produjo 84.2 %. Cada modelo clasificado de sentimiento tiene una precisión de alrededor o superior al 75 %, que es un valor bastante significativo en los algoritmos de minería de texto. Vemos que la mayoría de las personas que tuitean están adoptando un enfoque positivo y neutral
Control por ganancias programadas aplicado a un convertidor DC-DC para la regulación de la intensidad luminosa de una lámpara LED
Get PDFNowadays there are several applications of LED lighting, but some of them require to precisely regulate lighting in a wide range of operation, mainly in tracking tasks. In these cases, it is necessary to consider the nonlinearity of the LED for the design of control schemes; moreover, an efficient power source is needed to supply the voltage and current variations required by the lamp. This paper presents the design of a DC-DC converter capable of implementing these variations, as well as the design, simulation and comparison of classical PI, fuzzy PI and gain-scheduling control schemes for these applications. In order to validate the described control schemes and to comply with the recommendations of the World Health Organization, the control of the illuminance produced by an eye protection lamp is taken as a case study, where the controller varies the duty cycle of the converter to adjust the voltage of the lamp, and consequently regulate the luminous intensity. Comparing the control schemes, the gain-scheduling control has a better performance for the case study described above, presenting a steady state error of 0% and lower overshoot.En la actualidad existen diversas aplicaciones de la iluminación LED, sin embargo, algunas de estas requieren regular la iluminación con precisión y en un amplio rango de operación, principalmente en tareas de seguimiento. Es en estos casos en donde es necesario considerar la no linealidad del LED para el diseño de esquemas de control, además, se necesita de una fuente de alimentación eficiente ante los cambios de tensión y corriente requeridos por la lámpara. En este trabajo se presenta el diseño de un convertidor DC-DC capaz de realizar y soportar estas variaciones, así como el diseño, simulación y comparación de esquemas de control PI clásico, PI difuso y ganancias programadas para estas aplicaciones. Con el fin de validar los esquemas de control descritos, y con el propósito de cumplir las recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud, se toma el control de la iluminancia producida por una lámpara de protección ocular como caso de estudio, en donde el controlador varía el ciclo de trabajo del convertidor, ajustando de esta manera la tensión de la lámpara, y en consecuencia regulando la intensidad luminosa. Comparando los esquemas de control, el desempeño del sistema con el control por ganancias programadas tiene mejores características para el caso de estudio descrito con anterioridad, presentándose un error en estado estable de 0 % y menor sobretiro en comparación con los otros esquemas de control desarrollados
Red neuronal artificial evolutiva para el control de temperatura en un reactor batch de polimerización
Get PDFThe integration of artificial intelligence techniques introduces fresh perspectives in the implementation of these methods. This paper presents the combination of neural networks and evolutionary strategies to create what is known as evolutionary artificial neural networks (EANNs). In the process, the excitation function of neurons was modified to allow asexual reproduction. As a result, neurons evolved and developed significantly. The technique of a batch polymerization reactor temperature controller to produce polymethylmethacrylate (PMMA) by free radicals was compared with two different controls, such as PID and GMC, demonstrating that artificial intelligence-based controllers can be applied. These controllers provide better results than conventional controllers without creating transfer functions to the control process represented.La integración de técnicas de inteligencia artificial introduce nuevas perspectivas en la aplicación de estos métodos. Este trabajo presenta la combinación de redes neuronales y estrategias evolutivas para crear lo que se conoce como redes neuronales artificiales evolutivas (RNAE). Durante el proceso, se modificó la función de excitación de las neuronas para permitir su reproducción asexual. Como resultado, las neuronas evolucionaron y se desarrollaron significativamente. La técnica del controlador de temperatura de un reactor de polimerización por lotes para producir polimetilmetacrilato (PMMA) mediante radicales libres se comparó con dos controles diferentes (PID y GMC), demostrando así la aplicabilidad de los controladores basados en inteligencia artificial. Estos controladores ofrecen mejores resultados que los controladores convencionales sin crear funciones de transferencia al proceso de control representado
Propuesta metodológica para la protección de distancia en líneas de transmisión ante la integración de energías renovables no convencionales
Get PDFThis paper presents a methodology to set the distance protection (ANSI-21) in power systems that integrate nonconventional renewable energies (NCRE). The modified IEEE 9-bar New England system is used as a case study, with a wind farm comprising 33 2.5 MW wind turbines and control systems validated according to international standards, such as the IEC60909-2016. A fault resistance value calculated using the Warrington method is considered. The proposed settings are simulated using the Digsilent Power Factory® software and a Siemens 7SA522 relay with quadrilateral characteristics. The methodology uses voltage and current data from the instrumentation transformers to calculate the line impedance up to the fault point. The proposed adaptive method demonstrates positive performance under different shortcircuit scenarios, where the fault location, fault resistance, and power fluctuations of generating park are varied. This indicates that the relay effectively operates in the appropriate protection zone.Este artículo propone una metodología para ajustar la protección de distancia (ANSI-21) en sistemas de potencia que integran energías renovables no convencionales (ERNC). Se utiliza el sistema New England de 9 barras IEEE modificado como caso de estudio, con un parque eólico compuesto por 33 aerogeneradores de 2.5 MW y sistemas de control validados según estándares internacionales, como el IEC60909-2016. Se considera un valor de resistencia de falla calculado mediante el método de Warrintong. Los ajustes propuestos se simulan utilizando el software Digsilent Power Factory® y un relé Siemens 7SA522 con características cuadrilaterales. La metodología se basa en el uso de datos de voltaje y corriente de los transformadores de instrumentación para calcular la impedancia de la línea hasta el punto de falla. El método adaptativo propuesto demuestra un rendimiento positivo en distintos escenarios de cortocircuito, donde varían el lugar de la falla, la resistencia de la misma y las fluctuaciones de potencia del parque generador. Esto demuestra que el relé actúa en la zona de protección adecuada de manera efectiva
