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Propuesta metodológica para el diseño y análisis de un monocasco Formula Student
Get PDFThis paper explains the methodology employed to design a Formula Student monocoque based on the regulations set forth in 2020. The values obtained from CAD (Computer Aided Design) modeling and FEM (Finite Element Method) analysis are the pillars of this study. The values of mass, center of gravity, and geometry have been specifically selected because they provide crucial information that aids in the identification of optimization points during the design process. The FEM analysis establishes the allowable stresses for the monocoque within the safety parameters, with a minimum admissible safety factor of 1.1. Two CFRP laminates (Carbon Fiber Laminate and Epoxy Resin Laminate) are developed from the model obtained. The first one yields a simulated weight of 38 kg, and the second one a weight of 20 kg. A stress analysis was performed on the lighter-weight model, obtaining results superior to those of a tubular chassis. A 2017 electric single-seater model is taken as a reference.En el presente documento se realiza la explicación de la metodología utilizada para el diseño de un monocasco Formula Student basado en el reglamento del año 2020. Los valores obtenidos del modelado mediante software CAD (diseño asistido por computador) y el análisis por MEF (método de elementos finitos) sirven de base para este estudio. Los valores de masa, centro de gravedad y la geometría son los seleccionados, ya que aportan una mayor información, lo que ayuda a determinar puntos de optimización en el proceso de diseño. En el análisis MEF se determina los esfuerzos admisibles por el monocasco y que se encuentran dentro de los parámetros de seguridad, siendo el factor de seguridad mínimo admisible de 1,1. Del modelo obtenido se desarrolla dos laminados CFRP (laminado de fibra de carbono y resina epoxi) de los cuales el primero da un resultado de peso simulado de 38 kg, y la segunda configuración de laminado un resultado de 20 kg. Se somete el modelo con menor peso al análisis de esfuerzos, los resultados obtenidos son superiores a un chasis tubular, se toma como referencia un modelo monoplaza eléctrico del 2017
Avances y estrategias para mejorar el desempeño del biodiésel en motor diésel
Get PDFThe demand for diesel utilization in heavy-duty vehicles continues to increase worldwide. However, the potential use of alternative fuels such as biodiesel has disadvantages, such as lower calorific value and higher viscosity. For this reason, it is necessary to improve its properties to optimize combustion in the engine and reduce emissions. This research explores the various blends that can improve biodiesel utilisation through strategies and advancements that optimize diesel engine performance. Among the various strategies to improve biodiesel, we find the mixtures of different bio-oils (vegetable oils, pyrolysis oils, and used cooking oils), blends of biodiesel with alcohol and hydrogen, the use of biodiesel as a pilot fuel, emulsions of biodiesel with water, and the application of antioxidants, nanotubes, and nanoparticles to biodiesel. It is concluded that currently, biodiesel can be used through the dual combustion technique, where it acts as a pilot fuel representing 10% or 20% of the total fuel in the engine. This strategy allows for the promotion of other fuels (liquids and gases) in dual combustion to find the optimal blend that is the best option for the diesel engine.La demanda de diésel en vehículos pesados se incrementa cada año en el mundo. El posible uso de combustibles alternativos como el biodiésel tiene algunas desventajas como el menor valor calorífico y su mayor viscosidad, por esta razón se requiere mejorar sus propiedades, optimizando el comportamiento de la combustión en el motor y en la reducción de las emisiones. El objetivo del trabajo de investigación es explorar las diferentes mezclas que puedan ayudar a mejorar el uso del biodiésel a través de las estrategias y avances que se han generado con el propósito de beneficiar el desempeño del motor diésel. Entre las distintas estrategias de mejoramiento del biodiésel están las mezclas de distintos bioaceites (aceites vegetales, de pirólisis y usado de cocina), mezclas del biodiésel con alcohol, con hidrógeno, el biodiésel como combustible piloto, las emulsiones del biodiésel con agua y la aplicación del biodiésel con antioxidantes, nanotubos y nanopartículas. Se concluye que para poder usar actualmente el biodiésel se lo haría con la combustión dual, en donde este representaría el combustible piloto (10 % o 20 % del combustible total del motor). Con esta estrategia se puede impulsar a otros combustibles (líquidos y gaseosos) en la combustión dual, para que con el paso del tiempo se encuentre la mezcla óptima que sea la mejor opción para el motor diésel
Impacto de la simulación Montecarlo de carga no controlada de vehículos eléctricos en la generación distribuida
Get PDFThe uncontrolled charging of electric vehicles poses a great challenge for distribution network operators and power system planners. Instead of focusing on controlling this uncontrolled load, a model that uses contingency analysis variables to calculate the power capacity needed in the power system is proposed. The unserved power variable is used to evaluate the amount of uncovered load power at each bus of the system, followed by the calculation of the additional power capacity required using a photovoltaic and storage system and another constant generation alternative in the 14-bus IEEE power system with information on some electric vehicles and daily load in the power system of Peru. The results obtained in the power system with distributed generation, the absence of unserved power, corroborate the success of the methodology used. This model provides tools to both distribution network operators and power system planners, reducing the impact on the power system of electric vehicles and providing a methodology applicable to other electric distribution systems with uncontrolled loads.La carga no controlada de vehículos eléctricos plantea un gran desafío para los operadores de redes de distribución y los planificadores de sistemas de potencia. En lugar de focalizarse en el control de esta carga no controlada, se propone un modelo que utiliza variables de análisis de contingencias para calcular la capacidad de potencia necesaria en el sistema de potencia. Se emplea la variable de potencia no servida para evaluar la cantidad de potencia de carga no cubierta en cada barra del sistema, seguido del cálculo de la capacidad de potencia adicional requerida, utilizando un sistema fotovoltaico y de almacenamiento y otra alternativa de generación constante en el sistema de potencia IEEE de 14 barras con información sobre algunos vehículos eléctricos y la carga diaria en el sistema de potencia de Perú. Los resultados obtenidos en el sistema de potencia con generación distribuida muestran que no hay presencia de potencia no servida, corroborando el éxito de la metodología utilizada. Este modelo brinda herramientas tanto a los operadores de redes de distribución como a los planificadores de sistemas de potencia, reduciendo el impacto en el sistema de potencia de los vehículos eléctricos y aportando una metodología aplicable a otros sistemas de distribución eléctrica con cargas no controladas
Aplicación de raíces cruzadas polinomiales al intercambio de energía radiante entre dos geometrías triangulares
Get PDFThe view factor between surfaces is a vital element in the radiative heat transfer. Currently, the technical literature does not have an analytical method that allows directly calculating the view factors for the exchange of radiant energy between triangular surfaces. Developing an analytical model for triangular geometries requires the addition of multiple integrals, due to the change in the integration contours of the surfaces, which makes it a complex task to obtain the solution of various configurations. In this work, the analytical development of an expression of the view factor for the exchange of radiative energy between 32 triangular geometric configurations with common edges and included angle theta is intended. To establish comparisons, 42 examples with different shape configurations were calculated for each geometry using the analytic solution (AS), the numerical solution of the quadruple integral using Simpson\u27s multiple rule 1/3 with five intervals (SMR) and the view factor computed using Bretzhtsov\u27s crossed roots (BCR). From eight basic geometries, the view factor for another 24 triangular geometries is obtained using the summation rule. In all the cases evaluated, the BCR showed the best fits. The practical nature of the contribution and the reasonable adjustment of the values obtained, establish the proposal as a suitable tool for its application in thermal engineering.El factor de visión entre superficies es un elemento esencial en la transferencia de calor por radiación. En la actualidad, la literatura técnica no disponible de un método analítico para calcular los factores de visión en el intercambio de energía radiante entre superficies triangulares. Desarrollar un modelo analítico para geometrías triangulares requiere la suma de integrales múltiples, debido al cambio en los contornos de integración de las superficies, lo cual complejiza obtener la solución de diversas configuraciones. En este trabajo se pretende el desarrollo analítico de una expresión del factor de visión para el intercambio de energía radiante entre 32 configuraciones geométricas triangulares con bordes comunes y ángulo teta incluido. Para establecer comparaciones, fueron calculados 42 ejemplos con diversas configuraciones de forma para cada geometría usando la soluciona analítica (SA), la solución numérica obtenida con la regla múltiple de Simpson 1/3 con cinco intervalos (RMS) y los factores de visión computados mediante las raíz cruzada de Bretzhtsov (RCB). A partir de ocho geometrías básicas, mediante la regla de sumatorias es obtenido el factor de visión para otras 24 geometrías triangulares. En todos los casos evaluados, la RCB mostró los mejores ajustes. La naturaleza práctica de la contribución y los valores razonables de ajuste obtenidos, establecen a la propuesta como una herramienta adecuada para su uso en la ingeniería térmica
Rendimiento para la interoperabilidad entre Raspberry pi, ESP8266 y PLC con Node-RED para el IIoT
Get PDFThis work evaluates the feasibility of integrating low-cost Raspberry pi boards and ESP8266 microcontrollers with industrial equipment of Programmable Logic Controllers (PLC) in a decentralized network. These devices will be the nodes that participate in the exchange of data between the manufacturing floor and business services in a simple, reliable and economical way. The network nodes produce and consume data that is exchanged by an open-source protocol manager node called Node-RED. The protocol manager is a server with a Linux kernel on a RISC (Reduced instruction set computing) microprocessor. The sensors in the manufacturing nodes use SoC (System On Chip) microcontrollers and through the concept of Edge computing they acquire, process and send their data to the protocol manager. Thus, using the Iperf3, Wireshark and MTR tools, we will measure the performance of the communications link and the status of the participating nodes in their data production/consumption processes.Este trabajo evalúa la viabilidad de integrar en una red descentralizada las placas de bajo costo Raspberry pi, microcontroladores ESP8266 con equipos industriales de Controladores Lógicos Programables (PLC). Estos dispositivos serán los nodos que participan en el intercambio de datos entre el piso de manufactura y los servicios empresariales de manera simple, fiable y económica. Los nodos de la red producen y consumen datos que son intercambiados por un nodo gestor de protocolos open source llamado Node-RED. El gestor de protocolos es un servidor con núcleo de Linux sobre un microprocesador RISC (Reduced instruction set computing). Los sensores en los nodos de manufactura utilizan microcontroladores SoC (System On Chip) y mediante el concepto de Edge computing adquieren, procesan y envían sus datos al gestor de protocolos. Así, mediante la herramienta Iperf3, Wireshark y MTR, mediremos el rendimiento del enlace de comunicaciones y el estado que guardan los nodos participantes en sus procesos producción/consumo de datos
Diseño y despliegue de un sistema de monitoreo basado en IoT para cultivos hidropónicos
Get PDFThe IoT is a technological trend, it makes possible intelligent systems between connected things, its application is founded in different fields, one of them is agriculture, where the use of new techniques such as hydroponics are booming. It is important to address this area because the world population will reach approximately 9.6 billion inhabitants by 2050, therefore, to meet this demand, the agricultural industrial pace needs to be even faster and more precise. Moreover, the increase in ambient temperature and climate changes due to global warming are also negatively affecting agricultural production. In this research, a scalable IoT monitoring system based on Sigfox technology with 89.37% prediction capabilities through neural networks is presented for agricultural applications. An effective four-layer architecture consisting of perception, network, middleware, and application is provided. For validation, the system was built, experimentally tested and validated by monitoring temperature, humidity and nutrient recirculation control, in a hydroponic system in the city of Loja-Ecuador, for five months. The developed system is intelligent enough to provide the appropriate control action for the hydroponic environment, depending on the multiple input parameters collected, facilitating an effective management for farmers, thus improving their production.El IoT es tendencia tecnológica que hace posible sistemas inteligentes entre cosas conectadas. Su aplicación se encuentra en diferentes campos, uno de ellos es la agricultura, donde el uso de nuevas técnicas, como la hidroponía, está en auge. Es importante abordar esta área, porque la población mundial alcanzará un aproximado de 9600 millones de habitantes para el 2050, por ende, para satisfacer esta demanda se necesita que el ritmo industrial agrícola sea aún más rápido y preciso. Además, el aumento de la temperatura ambiente y los cambios climáticos por el calentamiento global también están afectando negativamente a la producción agraria. En esta investigación se presenta un sistema de monitoreo IoT escalable basado en la tecnología Sigfox con capacidades de predicción del 89,37 % a través de redes neuronales para aplicaciones agrícolas. Se proporciona una arquitectura efectiva de cuatro capas que consta de percepción, red, middleware y aplicación. Para la validación, el sistema fue construido, probado experimentalmente y validado mediante el monitoreo de la temperatura, humedad y control de la recirculación de nutrientes, en un sistema hidropónico de la ciudad de Loja en Ecuador, durante cinco meses. El sistema desarrollado es lo suficientemente inteligente para proporcionar la acción de control adecuada para el entorno hidropónico, en función de los múltiples parámetros de entrada recopilados, facilitando una gestión efectiva para los agricultores, por ende, mejorando su producción
Caracterización del potencial térmico RSU, para la generación de energía eléctrica, utilizando carbonización hidrotérmica
Get PDFThe zenith of oil and the greenhouse effect are the main reasons why it is necessary to use nonconventional renewable energy (NCRE) sources. Solid urban waste is one of these sources, and the main objective of this research is to determine its main features, including calorific value, as well as the use of modern hydrothermal carbonization (HTC) and hydrothermal liquefaction (HTL) procedures for the generation of energy and electrical power. For this purpose, it was used the sampling data of urban solid waste from the metropolitan Chiclayo area. A calorimetric bomb was employed for measuring its calorific value and the electrical generation potential was simulated. In addition, the main objective was fulfilled, and it was also possible to steadily generate energy and power. This will help to avoid greenhouse gas emissions, and thus contribute to meet the commitments signed by Peru to reduce greenhouse gases, and follow the path to a new sustainable energy matrix, while simultaneously providing a potential solution to the problem of managing solid urban waste, which is the main environmental problem of the city of Chiclayo Peru.El cenit del petróleo y el efecto invernadero son las razones que justifican la necesidad de utilizar energías renovables no convencionales (ERNC). Los residuos sólidos urbanos constituyen una de esas fuentes, por lo que la determinación de las principales características, incluido el poder calorífico, fue el primer objetivo de la presente investigación, así como la utilización de los modernos procedimientos de carbonización hidrotermal (CHT) y licuefacción hidrotermal (LHT), para la generación de energía y potencia eléctrica. Se trabajó con los datos de muestreo de los residuos sólidos urbanos del área de Chiclayo metropolitano. Se empleó una bomba calorimétrica para la medición del poder calorífico y la simulación numérica del potencial de generación eléctrica. Además, se obtuvo como resultado el cumplimiento del objetivo principal, y el hecho de que es posible obtener energía y potencia firme, que ayude a evitar las emisiones de gases efecto invernadero, contribuyendo a los compromisos firmados con tal efecto y a seguir el camino a una nueva matriz energética sostenible; a la vez se da una posible solución al problema del manejo de residuos sólidos urbanos, principal problema ambiental de la ciudad de Chiclayo, Perú
Caracterización de un generador de flujo axial para aplicaciones en energía eólica
Get PDFThe use of unconventional energy resources in recent years has been developed mainly with the intention of reducing the use of fuels. At medium and small scale the global trend, when talking about electricity generation using wind energy, is the use of permanent magnet generators. Axial flow generators are the most often available. The main characteristic of these generators is their ability to deliver electrical power at low revolutions, with an acceptable efficiency. In this research project two types of axial flow generators were characterized; one with coils in series and another with coils in parallel, with the intention of evaluating the performance of each one. The design starts from the determination of the magnetic flux, number of revolutions, number of poles, number of coils, output voltage and electrical losses, to then carry out the contrast through the data acquisition of amperage and voltage with respect to the theoretical calculation; the purpose is to establish the efficiency of each of the configurations. It was established that the series generator has characteristics that make it a configuration that has an efficiency greater than that of the generator in parallel.El aprovechamiento de los recursos energéticos no convencionales en los últimos años se ha desarrollado principalmente con la intención de disminuir el uso de combustibles. A mediana y pequeña escala la tendencia mundial, cuando se habla de generación eléctrica utilizando la energía eólica, es el uso de generadores de imanes permanentes. Los generadores de flujo axial son lo que se encuentran con mayor frecuencia a disposición. La principal característica de estos generadores es su capacidad de entregar energía eléctrica a bajas revoluciones, con una eficiencia aceptable. En este proyecto de investigación se caracterizaron dos tipos de generadores de flujo axial; uno con bobinas en serie y otro con bobinas en paralelo, con la intención de valorar el rendimiento de cada uno. El diseño parte de la determinación del flujo magnético, número de revoluciones, número de polos, número de bobinas, voltaje de salida y pérdidas eléctricas, para luego realizar el contraste a través de la toma de datos de amperaje y voltaje con respecto al cálculo teórico; la finalidad es establecer la eficiencia que presentan cada una de las configuraciones. Se estableció que el generador en serie posee características que lo convierten en una configuración que tiene una eficiencia mayor que la del generador en paralelo
Evaluación de AIoT en modelos computacionales en la nube y en el borde aplicado a la detección de mascarillas
Get PDFCOVID-19 has caused serious health damage, infecting millions of people and unfortunately causing the death of several ones around the world. The vaccination programs of each government have influenced in declining those rates. Nevertheless, new coronavirus mutations have emerged in different countries, which are highly contagious, causing concern with vaccination effectiveness. So far, wearing facemasks in public continues being the most effective protocol to avoid and prevent COVID-19 spread. In this context, there is a demand of automatic facemask detection services to remind people the importance of wearing them appropriately. In this work, a performance evaluation of an AIoT system to detect correct, inappropriate, and non- facemask wearing, based on two computational models: Cloud and Edge, was conducted. Having as objective to determine which model better suites a real environment (indoor and \emph{outdoor}), based on: reliability of the detector algorithm, use of computational resources, and response time. Experimental results show that Edge-implementation got better performance in comparison to Cloud-implementation.La COVID-19 ha provocado graves daños a la salud: centenas de millones de personas infectadas y varios millones de fallecidos en el mundo. Los programas de vacunación de cada Gobierno han influido en el decaimiento de estos índices, pero con la aparición de nuevas mutaciones del coronavirus más contagiosas, la preocupación sobre la efectividad de las vacunas se hace presente. Frente a esta situación el uso de mascarillas sigue siendo eficaz para prevenir la transmisión y contagio de la COVID-19. Lo que ha generado una creciente demanda de servicios de detección automática de mascarillas, que permita recordar a las personas la importancia del empleo de estas. En este trabajo se plantea un análisis del rendimiento de un sistema AIoT para la detección del uso correcto, incorrecto y sin mascarilla basado en dos modelos computacionales de Cloud y Edge, con la finalidad de determinar qué modelo se adecua mejor en un entorno real (interior y exterior) sobre la base de la confiabilidad del algoritmo, uso de recursos computacionales y tiempo de respuesta. Los resultados experimentales demuestran que el modelo computacional Edge presentó un mejor desempeño en comparación con el Cloud
