Análisis computacional del calentamiento híbrido de una configuración heterogénea de núcleo-caparazón para mejorar la uniformidad de la temperatura

Throughout this study, we propose using hybrid heating (microwaves – thermal radiation) on a heterogeneous structure. Our goal is to improve the effectivity of its thermal treatment. We analyze a core-shell assembly with different thermal and electrical properties. A solid sphere makes up the core of the arrangement. Such a core is surrounded by three layers of different materials. Because of the properties of the original system, we propose modifying the core so that it absorbs microwaves. The layers are all homogeneous and microwave transparent. The first two exhibit a low thermal conductivity, while the outermost one is a good thermal conductor. We also propose adding a thin layer of susceptor between the first two layers, striving to alleviate the low thermal conduction problem. Furthermore, the dielectric loss constant of this new layer is temperature-dependent. We assume that the composed sphere hangs within the electromagnetic cavity and continuously rotates, so it homogeneously receives microwaves and thermal radiation (from an electrical resistance). Thus, the thermal model is given by a set of time-dependent partial differential equations. Transient temperature profiles are analyzed under different experimental scenarios. There is a clear advantage of using the proposed hybrid heating in this particular case.A lo largo de este estudio se propone utilizar el calentamiento híbrido (microondas - radiación térmica) sobre una estructura heterogénea. El objetivo es mejorar la eficacia de su tratamiento térmico. Se analiza un conjunto core-shell con diferentes propiedades térmicas y eléctricas. Una esfera sólida constituye el núcleo del conjunto. Dicho núcleo está rodeado por tres capas de diferentes materiales. Debido a las propiedades del sistema original, se propone modificar el núcleo para que absorba las microondas. Las capas son todas homogéneas y transparentes a las microondas. Las dos primeras presentan una baja conductividad térmica, mientras que la más externa es un buen conductor térmico. También se propone añadir una fina capa de susceptor entre las dos primeras capas, tratando de paliar el problema de la baja conducción térmica. Además, la constante de pérdida dieléctrica de esta nueva capa depende de la temperatura. Se supone que la esfera compuesta cuelga dentro de la cavidad electromagnética y gira continuamente, por lo que recibe homogéneamente microondas y radiación térmica (de una resistencia eléctrica). Así, el modelo térmico viene dado por un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales dependientes del tiempo. Se analizan los perfiles de temperatura transitorios bajo diferentes escenarios experimentales. La utilización del calentamiento híbrido propuesto presenta una clara ventaja en este caso concreto

Sicompc: simulador para control predictivo basado en modelos

En este artículo se describe la herramienta computacional SICOMPC desarrollada con el fin de poder disponer de un programa para simulación de control predictivo basado en modelos. Si bien existen en el mercado algunos programas dedicados al control predictivo, ellos son en su mayoría costosos y de estructura cerrada.SICOMPC de otro lado tiene una estructura modular e incluye además ventanas donde se puede simular las estrategias clásicas de control, con el fin de compararlas bajo criterios de estabilidad y robustez en diversos modelos de plantas de procesos

Velocity Profile of a Ferrofluid in the Presence of Rotating Magnetic Fields. Pseudo-Analytical and Numerical Solutions.

From the beginning of ferro-hydrodynamics, several authors have proposed analytical models to describe the movement offerrofluids in the presence of rotating external magnetic fields. To this effect they have made valid simplifications in certain and very restrictedphysical situations. In this work we analyze the effects of these approaches against numerical solutions that do not make use of them. A sampleof ferrofluid immersed in containers with three types of geometries was considered: one of flat and parallel plates, one cylindrical and anothercoaxial cylindrical. Velocity profiles were obtained by these two strategies. The analytical solution leads to a linear model with severalsimplifications, while the second, numerical in nature, generates a non-linear model, but without approximations. The simulation results showedthat the simplifications made in the analytical strategy generate profiles that are valid only for magnetic field intensities lower than the respectiveferrofluid saturation values. Additionally, and given the level of development of analytical modeling, it was found that the numerical solutionis currently the most appropriate to evaluate the ferro-hydrodynamic model, since it does not have restrictions related to the intensity of themagnetic field. In the same way, it allows to evidence the phenomenon of saturation in the velocity profiles by increasing the intensity of themagnetic field, a situation observed experimentally, and unpredictable by means of these currently available pseudo-analytical solution

Solución de un modelo de arreglos fotovoltaicos serie-paralelo utilizando algoritmos de optimización global

Models of series-parallel (SP) photovoltaic (PV) arrays focus on the system of nonlinear equations that represents the array’s electrical behavior. The solution of the system of nonlinear equations can be posed as an optimization problem and solved with different methods; however, the models do not formulate the optimization problem and do not evaluate different optimization algorithms for its solution. This paper proposes a solution, using global optimization algorithms, of the mathematical model that describes the electrical behavior of a SP generator, operating under uniform and partial shading conditions. Such a model is constructed by dividing the generator into strings and representing each module in the string with the single-diode model. Consequently, for each string a system of nonlinear equations is build applying the Kirchhoff’s laws, where the unknowns are the modules’ voltages. The solution of the resulting nonlinear equation system is posed as an optimization problem, where the objective function is defined as the sum of the squared of each nonlinear equation. Minimum and maximum values of each voltage are defined from the datasheet information of the modules and bypass diodes. As a demonstrative example, we arbitrarily select two well-known algorithms to solve this problem: Genetic Algorithms and Particle Swarm Optimization. Simulation results show that both algorithms solve the optimization problem and allow the reproduction of the generator’s characteristic curves. Moreover, the results also indicate that the optimization problem is correctly defined, which opens the possibility explore other optimization algorithms to reduce the computation time.Los modelos de arreglos fotovoltaicos (FV) en serie-paralelo (SP) se enfocan en el sistema de ecuaciones no lineales que represental comportamiento eléctrico del arreglo. La solución del sitemas de ecuaciones se puede plantear como un problema de optimización y resolverse con diferentes métodos; sin embargo, los modelos no formulan el problema de optimización y no evaluan diferentes algoritmos de optimización para su solución. Este artículo propone una solución, utilizando algoritmos de optimización global, del modelo matemático que describe el comportamiento eléctrico de un generador fotovoltaico en serie-paralelo, que opera bajo condiciones uniformes y de sombreados parciales. Dicho modelo se construye dividiendo el generador en cadenas y representando cada módulo en la cadena con el modelo de diodo-único. En consecuencia, para cada cadena se construye un sistema de ecuaciones no lineales aplicando las leyes de Kirchhoff, en donde las incógnitas son los voltajes de los módulos. La solución del sistema de ecuaciones no lineales resultante se plantea como un problema de optimización, donde la función objetivo se define como la suma del cuadrado de cada ecuación no lineal. Los valores mínimos y máximos de cada voltaje se definen a partir de la información de la hoja de datos de los módulos y de los diodos de derivación. Como ejemplo demostrativo, se seleccionaron arbitrariamente dos algoritmos bien conocidos para resolver este problema: Algoritmos Genéticos y Optimización por Enjambre de Partículas. Los resultados de simulación muestran que los dos algoritmos ambos algoritmos resuelven el problema de optimización y permiten la reproducción de las curvas características del generador. Adicionalmente, los resultados también indican que el problema de optimización se definió correctamente, lo cual abre la posibilidad de explorar otros algoritmos de optimización para reducir el tiempo de cómputo

Solución de un modelo de arreglos fotovoltaicos serie-paralelo utilizando algoritmos de optimización global

Models of series-parallel (SP) photovoltaic (PV) arrays focus on the system of nonlinear equations that represents the array’s electrical behavior. The solution of the system of nonlinear equations can be posed as an optimization problem and solved with different methods; however, the models do not formulate the optimization problem and do not evaluate different optimization algorithms for its solution. This paper proposes a solution, using global optimization algorithms, of the mathematical model that describes the electrical behavior of a SP generator, operating under uniform and partial shading conditions. Such a model is constructed by dividing the generator into strings and representing each module in the string with the single-diode model. Consequently, for each string a system of nonlinear equations is build applying the Kirchhoff’s laws, where the unknowns are the modules’ voltages. The solution of the resulting nonlinear equation system is posed as an optimization problem, where the objective function is defined as the sum of the squared of each nonlinear equation. Minimum and maximum values of each voltage are defined from the datasheet information of the modules and bypass diodes. As a demonstrative example, we arbitrarily select two well-known algorithms to solve this problem: Genetic Algorithms and Particle Swarm Optimization. Simulation results show that both algorithms solve the optimization problem and allow the reproduction of the generator’s characteristic curves. Moreover, the results also indicate that the optimization problem is correctly defined, which opens the possibility explore other optimization algorithms to reduce the computation time.Los modelos de arreglos fotovoltaicos (FV) en serie-paralelo (SP) se enfocan en el sistema de ecuaciones no lineales que represental comportamiento eléctrico del arreglo. La solución del sitemas de ecuaciones se puede plantear como un problema de optimización y resolverse con diferentes métodos; sin embargo, los modelos no formulan el problema de optimización y no evaluan diferentes algoritmos de optimización para su solución. Este artículo propone una solución, utilizando algoritmos de optimización global, del modelo matemático que describe el comportamiento eléctrico de un generador fotovoltaico en serie-paralelo, que opera bajo condiciones uniformes y de sombreados parciales. Dicho modelo se construye dividiendo el generador en cadenas y representando cada módulo en la cadena con el modelo de diodo-único. En consecuencia, para cada cadena se construye un sistema de ecuaciones no lineales aplicando las leyes de Kirchhoff, en donde las incógnitas son los voltajes de los módulos. La solución del sistema de ecuaciones no lineales resultante se plantea como un problema de optimización, donde la función objetivo se define como la suma del cuadrado de cada ecuación no lineal. Los valores mínimos y máximos de cada voltaje se definen a partir de la información de la hoja de datos de los módulos y de los diodos de derivación. Como ejemplo demostrativo, se seleccionaron arbitrariamente dos algoritmos bien conocidos para resolver este problema: Algoritmos Genéticos y Optimización por Enjambre de Partículas. Los resultados de simulación muestran que los dos algoritmos ambos algoritmos resuelven el problema de optimización y permiten la reproducción de las curvas características del generador. Adicionalmente, los resultados también indican que el problema de optimización se definió correctamente, lo cual abre la posibilidad de explorar otros algoritmos de optimización para reducir el tiempo de cómputo

Metodología para la solución de modelos masa-resorte-amortiguador (MRA), mediante algoritmos de optimización global

This article describes one way to solve the mathematical model of a system, which is made up of a Mass-Spring-Dashpot (MSD), by using the virtual firefly metaheuristic algorithm. By employing this strategy, the MSD problems are transformed into problems of minimization of the system’s maximum frequency for all its natural frequencies in such a way that the value found corresponds to the global minimum. The viability of this strategy was demonstrated by solving some typical examples of MSD systems. It was concluded that this algorithm is helpful, for it allows the user to dedicate more time to the analysis of the system itself rather than to the solution methods of the model. It was also significant as an unconventional way to resolve this kind of problems numerically.En el presente artículo se propone una metodología para resolver el modelo matemático de un sistema compuesto de masa-resorte-amortiguador (MRA), mediante el uso de un método de optimización global, que, como ejemplo ilustrativo, se utilizó el algoritmo de la luciérnaga virtual (ALV). Con esta estrategia, los problemas MRA se transforman en problemas de optimización (minimización de la frecuencia máxima del sistema para todas sus frecuencias naturales), de tal forma que el valor encontrado es el mínimo global. Se demostró la viabilidad de esta estrategia, mediante la solución de algunos ejemplos demostrativos de sistemas MRA descritos en el artículo. Se concluye que esta estrategia resultó ser de gran ayuda, pues permite concentrar al usuario en el análisis del mecanismo propiamente, en lugar de la metodología de solución del modelo. Resultó igualmente útil como una forma no convencional de resolver este tipo de problemas numéricamente

Pruebas con un prototipo de levitador electrodinámico

El presente artículo describe el diseño, construcción y pruebas de un prototipo capaz de levitar cuando se le somete a una elevada diferencia de tensión d.c. entre sus electrodos, 24 a 30kV. Si bien este fenómeno se conoce hace más de un siglo, su fundamento científico es aún desconocido y no hay un modelo matemático que explique su comportamiento a diferentes condiciones de tensión, geometría, peso, humedad relativa y temperatura del medio. Además de reproducir este inusual fenómeno físico, se diseñaron sencillos experimentos para mostrar algunas de sus excepcionales características; dado que requiere de una elevada diferencia de potencial, se comprobó que operaba en forma equivalente a un separador electrostático convencional eliminando partículas sólidas de un gas encerrado en un recipiente o en flujo, con la ventaja de un bajo consumo de energía eléctrica. Igualmente, a las condiciones de operación, produce ozono de forma controlada, indicándonos que hay una fuerte ionización del aire cercano en forma similar cuando se presenta el conocido efecto corona

Detección de radiación no ionizante

Se diseñó y construyó una red de sensores para detección de radiación no ionizante en la banda comprendida entre 800MHz y 2.5GHz. El sistema se basa en el sensor que muestra a la salida una tensión DC proporcional a la potencia de la señal RF a su entrada, sin importar el tipo de modulación. Esta red comprende cuatro antenas banda ancha, cuatro tarjetas sensoras, una tarjeta central y un software de visualización de datos. El comportamiento del sistema se analizó con diferentes configuraciones y con múltiples fuentes de radiación. Igualmente, se muestran los resultados de la simulación de una antena espiral de Arquímedes utilizando CST STUDIOTM y los experimentos realizados para caracterizar la antena banda ancha HG2404CU. Los resultados mostraron un eficiente sistema de detección de radiación electromagnética en la banda estudiada. Una aplicación inmediata de este trabajo, para la cual se están haciendo pruebas de campo, es la detección de llamadas de celulares en lugares no permitidos como centros carcelarios, bancos, entre otros

LA CALORIMETRIA DIRECTA COMO HERRAMIENTA PARA LA MEDICION ,DE FLUJO DE CALOR EN CIRCUITOS ELECTRONICOS

RESUMEN La gran influencia que tienen las altas temperaturas en el comportamiento de los circuitos electrónicos, y por lo tanto, la necesidad que existe en determinar de una forma cuantitativa la efectividad que estos tienen en disipar el calor generado durante su funcionamiento, motivaron la realización de este proyecto. El proyecto consiste en el planteamiento de una alternativa para dicha medición la calorimetria directa y el diseño y construcción de un prototipo que ajuste esta alternativa dentro de las características propias de los circuitos electrónicos, es decir tamaño y potencia generada. El prototipo realizado, CALPAC (calorímetro para circuitos electrónicos), mide el flujo de calor a través de un circuito, en unidades de potencia. Este artículo presenta el desarrollo de las cuatro principales etapas para la realización del proyecto. La primera, un análisis del marco teórico sobre el cual se justifico la alternativa elegida para medir calor; la segunda, el diseño y construcción del equipo; la tercera, el diseño y construcción del sistema de adquisición de datos, llamado módulo electrónico del CALPAC; y finalmente, fa calibración y pruebas del prototipo y resultados. Este proyecto muestra como fa unión de conocimientos de diversas áreas, en este caso, termodinámica, electrónica y diseño industrial, permiten la generación de ideas y construcción de equipos de gran utilidad dentro del marco investigativo. PALABRAS CLAVES Calor Potencia Circuitos Electrónicos Calorímetro Disipación de Calor Medición de Calor. ABSTRACT The big influence that high temperatures have on the behavior of the electronic circuits and therefore the existent necessity to determine in a quantitative form the effectiveness these have dissipating the heat generated during its functioning, motivated the realization of this project. It consists on the establishment of an alternative for such measuring the direct calorimetry and the development of a prototype that would fit this alternative within the proper characteristics of the electronic circuits. The prototype, CALPAC (Calorimeter for electronic circuits), measures the heat flow through a circuit in power units. This article presents the development of the four main stages in the realization of the project. The first one is the analysis of the theoretical framework in which was justified the chosen alternative to measure heat; the second one is the design and construction of the equipment; the third one is the design and construction of the data acquisition system called the electronic model of the CALPAC; and finally, the calibration and testing of the prototype and the results. This project shows how the union of diverse areas, in this case, thermodynamics, electronics and industrial design, allows the generation of ideas and the construction of high utility equipment within the investigative framework. KEYWORDS Heat Power Electronic Circuits Calorimeter Heat Dissipation Heat Measuremen

LA CALORIMETRIA DIRECTA COMO HERRAMIENTA PARA LA MEDICION ,DE FLUJO DE CALOR EN CIRCUITOS ELECTRONICOS

RESUMEN La gran influencia que tienen las altas temperaturas en el comportamiento de los circuitos electrónicos, y por lo tanto, la necesidad que existe en determinar de una forma cuantitativa la efectividad que estos tienen en disipar el calor generado durante su funcionamiento, motivaron la realización de este proyecto. El proyecto consiste en el planteamiento de una alternativa para dicha medición la calorimetria directa y el diseño y construcción de un prototipo que ajuste esta alternativa dentro de las características propias de los circuitos electrónicos, es decir tamaño y potencia generada. El prototipo realizado, CALPAC (calorímetro para circuitos electrónicos), mide el flujo de calor a través de un circuito, en unidades de potencia. Este artículo presenta el desarrollo de las cuatro principales etapas para la realización del proyecto. La primera, un análisis del marco teórico sobre el cual se justifico la alternativa elegida para medir calor; la segunda, el diseño y construcción del equipo; la tercera, el diseño y construcción del sistema de adquisición de datos, llamado módulo electrónico del CALPAC; y finalmente, fa calibración y pruebas del prototipo y resultados. Este proyecto muestra como fa unión de conocimientos de diversas áreas, en este caso, termodinámica, electrónica y diseño industrial, permiten la generación de ideas y construcción de equipos de gran utilidad dentro del marco investigativo. PALABRAS CLAVES Calor Potencia Circuitos Electrónicos Calorímetro Disipación de Calor Medición de Calor. ABSTRACT The big influence that high temperatures have on the behavior of the electronic circuits and therefore the existent necessity to determine in a quantitative form the effectiveness these have dissipating the heat generated during its functioning, motivated the realization of this project. It consists on the establishment of an alternative for such measuring the direct calorimetry and the development of a prototype that would fit this alternative within the proper characteristics of the electronic circuits. The prototype, CALPAC (Calorimeter for electronic circuits), measures the heat flow through a circuit in power units. This article presents the development of the four main stages in the realization of the project. The first one is the analysis of the theoretical framework in which was justified the chosen alternative to measure heat; the second one is the design and construction of the equipment; the third one is the design and construction of the data acquisition system called the electronic model of the CALPAC; and finally, the calibration and testing of the prototype and the results. This project shows how the union of diverse areas, in this case, thermodynamics, electronics and industrial design, allows the generation of ideas and the construction of high utility equipment within the investigative framework. KEYWORDS Heat Power Electronic Circuits Calorimeter Heat Dissipation Heat Measuremen