Revista UIS Ingenierías

Metodologías para evaluar la contaminación descargada sobre cuerpos hídricos: metales pesados en sedimentos viales

2024-02-07T11:47:00+00:00

El artículo tiene como objetivo revisar las metodologías existentes para evaluar la contaminación por metales pesados (MP) asociada con el sedimento vial, la cual es descargada sobre cuerpos hídricos urbanos. La revisión sistemática de literatura utilizó un índice de frecuencia de citación (Q) para establecer la importancia de las variables consideradas. Los resultados indican que las variables clave a considerar son las siguientes: Precipitación (Q = 0,83), sólidos totales (0,70), metales pesados (0,61), hidrocarburos (0,32), Residuos sólidos (0,27) y Escorrentía (0,23). Los MPs de mayor relevancia son los siguientes: Zn (0,79), Cu (0,76), Ni (0,68), Cr (0,65) y Pb (0,46). Las metodologías de evaluación detectadas son las siguientes: Análisis químico (0,30), impacto biológico (0,29), modelización numérica (0,29), análisis granulométrico (0,29) y simulaciones en laboratorio (0,22). Los MPs mayoritarios en ambientes viales son Zn y Ni, y los sólidos totales pueden ser utilizados como indicadores de MPs en la escorrentía vial.

Predicción de la fracción volumétrica del flujo bifásico líquido-líquido en tuberías horizontales mediante redes de memoria a largo plazo

2024-08-07T12:27:15+00:00

Este artículo presenta el desarrollo de una red neuronal de memoria a corto plazo diseñada para predecir la fracción volumétrica de flujos bifásicos líquido-líquido que circulan por tuberías horizontales. Para ello, se compiló una base de datos exhaustiva con información procedente de investigaciones existentes, que comprende 2156 puntos de datos experimentales utilizados para la construcción del modelo. La entrada del algoritmo consiste en un vector que contiene las velocidades superficiales de las sustancias (aceite y agua), la velocidad de la mezcla, el diámetro interno de la tubería y la viscosidad del aceite, mientras que la salida es la fracción volumétrica de aceite. Los procedimientos de entrenamiento y validación consistieron en preparar y segmentar los datos, utilizando el 80% de la información total para el entrenamiento y el 20% restante para la validación. La selección del modelo, basada en la evaluación del rendimiento, se llevó a cabo mediante 216 experimentos. El modelo predictivo con mejor rendimiento tuvo un Error Cuadrático Medio (ECM) de 3,5651E-05, un Error Medio Absoluto (EMA) de 0,0045 y un Error Medio Porcentual Absoluto (EPAA) de 3,0250%. Este rendimiento se obtuvo estructurando el modelo con una función de transferencia ReLu, 20 épocas, una tasa de aprendizaje de 0,1, una función de transferencia sigmoide, un tamaño de lote de 1, un optimizador ADAM y 150 neuronas en la capa oculta.

Simulación numérica en ANSYS Fluent del flujo a través de una compuerta en un canal de laboratorio

2024-04-26T04:05:10+00:00

Los estudios del flujo en estructuras de control requieren desarrollar ecuaciones diferenciales no lineales que no tienen solución analítica pero que se pueden aproximar a partir de la aplicación del método de volúmenes finitos en los modelos matemáticos como lo es Fluent. El artículo presenta un análisis comparativo entre un modelo numérico y un modelo físico del flujo de agua en un canal de laboratorio utilizando ANSYS Fluent. El alcance del estudio abarca desde el desarrollo de un modelo 2D del canal de laboratorio con sección de control de tipo compuerta rectangular plana deslizante y el desarrollo matemático de las ecuaciones de Navier-Stokes para modelar un flujo bifásico de agua y aire en todo el dominio computacional, utilizando las condiciones de contorno adecuadas. Para la metodología se empleó técnicas de simulación numéricas utilizando ANSYS Fluent, aplicando el método de volúmenes finitos para resolver las ecuaciones de flujo y técnicas experimentales, mediante mediciones directas tomadas en el laboratorio. Los resultados demuestran una similitud del 95.46% entre la modelación matemática, las mediciones directas y los cálculos analíticos. Mientras que las variables como el coeficiente de descarga, los perfiles de flujo, las velocidades en diferentes puntos del canal y la distribución de la presión se mantuvieron consistentes en todo el dominio computacional. En conclusión, se destacan las ventajas del modelo numérico sobre el físico, resaltando su eficiencia y economía al permitir modificaciones en las configuraciones del problema, así como en los modelos de turbulencia y condiciones de contorno de manera fácil y simultánea. Además, se resalta la importancia del modelo numérico al proporcionar resultados más precisos que las mediciones directas hechas en el modelo físico, especialmente en las zonas de turbulencia y en la interacción del flujo bifásico en el canal y en la compuerta. Finalmente, es importante incluir en este tipo de estudios un análisis de sensibilidad y refinamiento del mallado en el modelo matemático para evitar fluctuaciones cerca de la compuerta donde la sección se contrae.

Ambiente Web 3D inmersivo para la educación universitaria

2024-05-12T01:02:30+00:00

El metaverso es la próxima gran revolución de internet, permitiendo la comunicación entre usuarios desde una perspectiva virtual mapeada al mundo real. Esta tecnología ha atraído un gran interés de estudiantes, investigadores y empresas, y ha propuesto múltiples aplicaciones en sectores como educación, comercio, salud y otros. Sin embargo, su desarrollo se encuentra en sus etapas iniciales, ya que aún está en discusión cómo se estandarizará frente a las nuevas soluciones planteadas. Este artículo presenta el marco referencial de los principales componentes que conforman un metaverso (modelamiento 3D, ambiente Web 3D y aspectos de comunicación), la metodología implementada para el desarrollo del metaverso de la Escuela de Ingeniería de Sistemas y Computación – EISC Metaverse, la arquitectura, las tecnologías usadas y el prototipo desarrollado con los componentes mencionados en la revisión de la literatura, además de discutir los resultados obtenidos al desarrollar este tipo de tecnologías emergentes.

Evaluación de mini-espigones como contramedida para la reducción de socavación local en muros longitudinales de ríos con lecho granular usando Flow-3D y AHP

2024-05-14T16:48:10+00:00

El objetivo de la investigación es evaluar una contramedida para la reducción de la socavación local en muros longitudinales en ríos con lecho granular bien gradado empleando el software Flow-3D, se selecciona la contramedida empleando el método multicriterio Analytic Hierarchy Process (AHP) y se modela numéricamente con pendientes de 2.5% y caudal de 1.68 m3/s. Mediante el método AHP se obtiene que la alternativa con mayor jerarquía son los mini-espigones, por lo cual se modelan escenarios de 0.3, 0.45 y 0.6 m de dimensión dispuestos en dirección y en contraflujo. La simulación en el software demostró que la contramedida de mini-espigones de 0.45 m de longitud dispuestos en contraflujo, presentaron una eficacia del 75 %, en comparación con los de 0.3 m y 0.6 m cuyas eficacias son 60.69 % y 51.12 % respectivamente. La investigación es un aporte significativo al planteamiento de alternativas de protección muros longitudinales.

Análisis de partes interesadas para la misión satelital FACSAT-3

2024-05-11T23:55:27+00:00

Colombia se adentró en la era espacial con el programa FACSAT de la Fuerza Aeroespacial Colombiana, que busca posicionar satélites en la órbita terrestre baja. Tras los exitosos lanzamientos de FACSAT-1 y FACSAT-2, la atención se enfoca en el diseño de misión de FACSAT-3, una constelación de tres satélites destinada a la observación terrestre, con la posibilidad de incorporar una carga secundaria con otras aplicaciones. La definición del objetivo de la misión es un paso crucial en este proceso. La literatura especializada recomienda el análisis de las partes interesadas involucradas en el proyecto como un método fundamental para establecer los requisitos de cualquier misión espacial. En el caso de FACSAT-3, se llevó a cabo un análisis exhaustivo de las necesidades de las partes interesadas, a través de encuestas y reuniones con numerosos participantes a nivel nacional. Una vez identificadas estas necesidades, se procedió a la formulación de los requisitos, asegurando que la constelación satelital pueda satisfacerlas. Con los requisitos operacionales y funcionales definidos, la constelación está lista para avanzar hacia la etapa de diseño. Este artículo presenta la metodología implementada para la determinación de estos requisitos preliminares esenciales en el contexto de la misión FACSAT-3.

Análisis detallado de la topología clásica Z-source para la protección de sistemas de alimentación de CC

2024-08-01T14:12:19+00:00

Este documento presenta un análisis profundo de la topología Z-source clásica para la protección de sistemas de energía DC, un área previamente no explorada con tal detalle. Utilizando simulaciones en OpenModelica, el estudio ofrece valiosos conocimientos sobre el comportamiento de la topología Z-source, los mecanismos de protección y los procesos de disipación de energía. Incluye diagramas detallados, estados de conmutación y explicaciones de los principios operativos, apoyados por formas de onda que ilustran el flujo de energía a través de los componentes Z-source. Los hallazgos demuestran que el interruptor Z-source maneja eficazmente las condiciones de fallo al desconectar la fuente de la carga casi instantáneamente, en decenas de microsegundos. Las simulaciones confirman los modelos teóricos, mostrando que la topología Z-source disipa eficientemente la energía de fallo a través de inductores, capacitores y resistencias, protegiendo así el equipo sensible. Este análisis exhaustivo mejora la comprensión de la topología Z-source en sistemas de energía DC y establece una base sólida para futuras investigaciones y aplicaciones prácticas.

Corrientes críticas y oscilaciones en el voltaje en una muestra superconductora

2024-08-24T23:22:49+00:00

In this contribution, we study the oscillations of the electrical-potential in a mesoscopic superconducting thin film when an external current is applied. We analyze the resistivity and electrical-potential as a function of the applied current for several external applied magnetic field and size of the sample. Also, we have calculated the electrical-potential as a function of the characteristic time. To study this problem, we solve the well know generalized time dependent-Ginzburg-Landau equations using the link-variable method. We found that the critical current decreases when the external magnetic field increases and the size of the sample decreases. Furthermore, the oscillation frequency of the kinematic vortex, evidenced in the oscillations of the electrical potential, is highly dependent on the applied magnetic field.

Evaluación técnica y ambiental de sistemas de refrigeración tipo booster con CO2

2024-09-24T01:42:21+00:00

El presente estudio muestra la evaluación del rendimiento de cuatro configuraciones de sistemas de refrigeración tipo booster con CO₂: convencional, compresor en paralelo, basado en eyector y cascada con NH₃/CO₂, bajo las condiciones ambientales de la ciudad de Bucaramanga, Colombia. Aplicando un análisis detallado de energía y exergía, así como una evaluación del impacto ambiental a través del Impacto Total Equivalente de Calentamiento (TEWI), se identificó que la configuración basada en eyector es la más eficiente en términos energéticos, exhibiendo una reducción del 13.2% en el consumo anual de energía en comparación con el sistema convencional. La configuración en cascada demostró la menor destrucción de exergía por encima de los 26°C, destacando su potencial en temperaturas ambientales más altas. Además, la configuración basada en eyector logró consistentemente la mayor eficiencia de la segunda ley en todo el rango de temperatura establecido. El análisis del impacto ambiental mostró que la configuración basada en eyector también tuvo el TEWI más bajo, con una reducción del 14.36%. Los resultados subrayan la importancia de seleccionar configuraciones de refrigeración adecuadas en función de las condiciones climáticas locales.