Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia

Development in Venezuela of energy system based in the hydrogen: Part IV: End Uses

The stage of Final Uses of a renewable energy system is studied with the H2 like energy vector, by means of the formulation of a model mathematical representative semi empiric of the main technical and economic aspects involved in the operation of the cells of combustible PEM, transformation technology selected to provide from energy to rural towns of Venezuela located in the parish Trinidad of the Chapel of the Portuguese state. The simulation embraces a 20 year-old horizon, considering the increment in the energy demand and the decrease in the unitary costs of the cells of fuel. The results show that the main operation variables: current density, efficiency and voltage present the typical behavior of this type of cells, while from the economic point of view, the cost of the produced electricity diminishes continually for effects of the scale economy. The use of the cells PEM to provide from energy to population’s rural Venezuelan sectors is viable in principle when contributing to the improvement of the quality of life and sustainable development of these isolated and depressed regions, those which, for its distance of the development of these isolated and depressed regions, those which, for its distance of the electric net and surface that embrace, they have not been covered by the electric net.

Se estudia la etapa de Usos Finales de un sistema energético renovable con el H2 como vector energético, mediante la formulación de un modelo matemático semiempírico representativo de los principales aspectos técnicos y económicos involucrados en la operación de las celdas de combustible PEM, tecnología de transformación seleccionada para proveer de energía a poblados rurales de Venezuela ubicados en la parroquia Trinidad de la Capilla del estado Portuguesa. La simulación abarca un horizonte de 20 años, considerando el incremento en la demanda de energía y la disminución en los costos unitarios de las celdas de combustible. Los resultados muestran que las principales variables de operación: densidad de corriente, eficiencia y voltaje presentan el comportamiento típico de este tipo de celdas, mientras que desde el punto de vista económico, el costo de la electricidad producida disminuye continuamente por efectos de la economía de escala. La utilización de las celdas PEM para proveer de energía a sectores de población rural venezolano resulta viable en principio al contribuir a la mejora de la calidad de vida y desarrollo sustentable de estas regiones aisladas y deprimidas, las cuales, por la superficie que abarcan y su lejanía de la red eléctrica, no han sido cubiertas por la misma.

Corrosive differentation of SRB isolated from injection waters used in secondary crude oil recovery

The purpose of this study is to differentiate the corrosive aggressiveness on iron of two predominant types of Sulphate Reducing Bacteria: SRB, Desulfovibrio (D) desulfuricans and D. termitidis, found in the injection waters frequently, using measurement of open circuit potential, ohmic drop, weight loss, Tafel polarization, polarization resistance and electrochemical impedance. The attack morphology was also studied over time through optical and scaning electron microscopes, every 3 hours during 24 hours. Additionally, a comparison was made among the different electrochemical techniques applied to establish which of these is the most appropriate and reliable for evaluating MIC processes. Results obtained showed values of weight loss and corrosion rate increasing up to 9 hours, at which time they began to decrease, reaching a minimum close to 15 hours of exposure, and then increasing up to the end of the experiment at 24 hours, with D. termitidis always demonstrating greater aggressiveness, a fact corroborated by observed the attack morphology. Of the techniques used for measuring corrosion rate, it was established that weight loss and Tafel polarization reflect most appropriately the best behavior of iron exposed to a medium inoculated with sulfate-reducing bacteria (SRB) and ferrous ions.

Este trabajo tiene por finalidad diferenciar la agresividad corrosiva sobre hierro de dos tipos predominantes de Bacterias Sulfato Reductoras (SRB): Desulfovibrio (D) desulfuricans and D. termitidis, encontradas frecuentemente en aguas de inyección para la recuperación secundaria de crudo. Se utilizó para ello la medición del potencial a circuito abierto, caída óhmica, pérdida de peso, polarización Tafel, resistencia a la polarización e impedancia electroquímica; así como, morfología de ataque en el tiempo a través de microscopía óptica y electrónica de barrido, evaluando estos parámetros cada 3 horas durante 24 horas. Adicionalmente, se hizo una comparación entre las diferentes técnicas electroquímicas para establecer cuál de éstas es la más apropiada y confiable para la evaluación de procesos de MIC. Los resultados obtenidos muestran valores de pérdida de peso y de velocidad de corrosión en aumento hasta las 9 horas, tiempo en el cual comienzan a descender, llegando a un mínimo cercano a las 15 horas de exposición, para luego volver a aumentar hasta el final del ensayo a las 24 horas, mostrando siempre una mayor agresividad para la D. termitidis, hecho corroborado por la morfología de ataque observada. De las técnicas de medición de velocidad corrosión utilizadas, se establece que la pérdida de peso y la polarización Tafel son las que reflejan de forma apropiada el comportamiento real de hierro expuestos al medio inoculado con SRB e iones ferrosos.

Biological nitrogen, COD and phenol removal in a sequencing batch reactor in synthetic chemical effluent

Sequencing Batch Reactor (SBR) process has been shown to be efficient for the treatment of agroindustrial, chemical, and municipal effluents. The SBR accomplishes equalization, aeration, and clarification in a timed sequence in a single reactor basin. Experiments in a lab-scale SBR were conducted to demonstrate the possibility of joining biological DCO, phenol and nitrogen removal in treating synthetic chemical effluents. For this study, a lab-scale a 2,0 liter reactor was used. Operation conditions were establish to obtain highest removal rates with a well established microbial community with a suspended biomass configuration and operating under aerobic conditions, operating the system for 112 days, using an operating strategy with four combination phases fill, react, settle, draw and idle. Various organic loading rates (1,05 kg COD/m³/d. and 3,18 kg COD/m³/d) were employed. The system worked successfully obtaining removals of nitrogen, COD and phenol of 34.7%, 83.3% y 96,0% respectively, for hydraulic retention times HRT 8 h, setting: 1 h, discontinuous aeration and idle: 0.5 h.

El Reactor por carga secuencial (SBR) ha demostrado su eficiencia en el tratamiento de efluentes municipales, químicos y agroindustriales. El SBR involucra procesos de mezclado, aireación y sedimentación en un tiempo secuencial y en un simple tanque-reactor. En este estudio se utilizó un SBR a escala laboratorio para la remoción simultánea de DQO, fenol y nitrógeno en un efluente sintético. El volumen de operación del reactor fue 2 L. Se aplicaron cuatro condiciones de operación para maximizar la eficiencia de remoción obteniendo una aclimatación de las comunidades microbianas a biomasa suspendida, bajo condiciones aeróbicas, operando durante 112 días y utilizando una estrategia de operación con cuatro combinaciones entre las fases de llenado, reacción, sedimentación, vaciado e inactividad. Se emplearon dos cargas orgánicas de 1,05 kg DQO/m³/día y 3,18 kg DQO/ m³/d. El sistema trabajó eficientemente alcanzando porcentajes promedios de eliminación de nitrógeno, DQO y fenol de 34,7%, 83,3% y 96,0% respectivamente para un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 8 h, un tiempo de sedimentación de 1h, aireación intermitente y una fase inactiva de 0,5 h.

Axial dispersion model performance a reactor of up flow anaerobic sludge blanket (UASB) under laboratory scale

Organic load removal on Upflow Anaerobic Sludge Blanket UASB reactor can be affected their hydraulic variables: due to liquid upflow velocities, height, hydraulic retention time and dispersion number such affect the dispersion coefficient under reactor condition. This investigation evaluated the hydraulic performance for a 4,14 L UASB lab scale using Li+ (LiCl) and Rhodamine WT (RWT) as a tracer in order to compare the hydraulic behavior reactor and the efficiency of treatment, varying retention time and increasing liquid upflow velocities. Glucose was used as substrate for food reactor (500 mg/L) and granular sludge as inoculum (20% v/v) from a local brewery. The hydraulic performance was accessed using two tracers simultaneously with a theoretical retention time (TRT) varying from 5 to 10 hours. Liquid upflow velocities and the coefficient dispersion was large for the lower HRT (D = 1,52 E-2 m²/h> D = 5,62 E-3 m²/h) for a hydraulic efficiency (b) of 1,23 and 1,22 respectively. COD removal was lower for HRT = 5 hours (89,29%) HRT = 10h (93,85%) instead. Tracer recovery mass was 77,03% and 99,34% for the Li+ and 23.90 and 52.66% for RWT for a TRT of 10h and 5h respectively, Li+ was strong recommended. Hydraulic efficiency results was higher than one, maybe due to short circuiting and recirculation pathway, such retention of tracer delay on the sludge blanket.

La remoción de carga orgánica en RAFA puede estar afectada por variables hidráulicas tales como: velocidad ascendente, altura, tiempo de retención y número de dispersión los cuales afectan al coeficiente de dispersión del reactor. En esta investigación se evaluó el comportamiento hidráulico de un RAFA de 4,14L utilizando Li+ (LiCl) y RodaminaWT (RWT) como trazador con la finalidad de comparar el comportamiento hidráulico del reactor y la eficiencia del tratamiento, variando el tiempo de retención y por tanto la velocidad ascendente. Se utilizó glucosa como sustrato para la alimentación del reactor (500 mg/L) y como inoculo lodo granular (20% v/v) proveniente de una cervecería local. La evaluación hidráulica se realizó empleando ambos trazadores de forma simultánea, para tiempos de retención teórico (TRT) de 10 y 5 horas. La velocidad ascensional y el coeficiente de dispersión fue mayor para el menor TRT (D=1,52E-2 m²/h > D= 5,62E-3 m²/h), para una eficiencia hidráulica (b) de 1,23 y 1,22 respectivamente. La remoción de la DQO fue menor (89,29%) para TRT=5h en comparación al TRT=10h (93,85%). El porcentaje de recuperación de los trazadores fueron 77,03 y 99,34 para el Li+ y 23,90 y 52,66 para RWT en los TRT de 10 h y 5 h respectivamente, por lo cual se recomienda usar Li+. La eficiencia hidráulica fue mayor a la unidad, debido a la presencia de recirculaciones, y posible retención temporal del trazador en el lodo.

Microclimatic study of the space between buildings: Case: Urban housing developments, Maracaibo (Venezuela)

The paper presents the results of an investigation on environmental variables that impact the space -between buildings- in urban housing developments (UHD), in Maracaibo (Venezuela). The methodology was structured in three phases: 1. Study case selection (UHD); 2. Identification of the environmental variables that impact the quality of the built environment, in a hot and humid climate and, 3. Analysis-evaluation of environmental conditions of UHD, through the interaction of the variables -climate, urban morphology- with users activities and perceptions. Different instruments were applied, observation, registration and measurement of temperature, humidity, ventilation and vegetation as well as users and residents interviews. The resulting values were correlated with the Local Comfort Model and users data to determine the comfort levels. The paper concludes pointing out high levels of thermal affectation in the studied space -beyond the comfort band- that affects its usage by the residents.

El trabajo presenta los resultados de una investigación sobre factores ambientales que impactan el espacio -entre edificios- de conjuntos urbanos (CU), en Maracaibo (Venezuela). La metodología se estructuró en tres fases: Selección de caso de estudio (CU); 2. Identificación de las variables urbano-ambientales que impactan el ambiente construido en clima cálido-húmedo y 3. Análisis-evaluación de la condición térmico-ambiental del CU, producto de la interacción-contrastación entre variables -clima, morfología urbana- y actividades de los usuarios y percepciones. Se aplicaron diferentes instrumentos de observación, registro y mediciones de temperatura, humedad, ventilación y vegetación y entrevistas a usuarios. Los resultados obtenidos se relacionaron con el Modelo de Confort Local y los datos de los usuarios a fin de determinar los niveles de confort. Se concluye señalando los altos niveles de afectación térmica en el espacio estudiado -por debajo de las bandas de los límites de confort- que afectan su uso por los residentes.

Critical rainfall for debris-flow generation in Catia La Mar

A graphical relation is proposed in order to evaluate the possibility of debris-flow generation in the area of Catia La Mar, in the State of Vargas. The graphic uses two rainfall indicators, one indicator representing the short-term rainfall (recent hours) and the other one the long-term rainfall (recent days), to define a critical line which separates a safe zone from a risky zone. To determine the critical line in the evaluation graphic, a historic investigation was necessary as to represent both debris-flow events occurred in the past (causing rainfalls) and extreme past rainfalls that did not cause debris flows (non-causing rainfalls). The chart is currently being used as a tool in an early warning system that has been installed to protect the town of Catia La Mar. The system is composed by rainfall stations and water level stations that transmit real time data to a control station. The data will be used to calibrate and adjust the threshold line with the purpose of improving, progressively, the debris-flow-alert prediction in the region.

En este trabajo se propone una relación gráfica para evaluar la posibilidad de ocurrencia de aludes torrenciales en la zona de Catia La Mar, en el Estado Vargas. El gráfico utiliza dos indicadores de lluvia, uno representando la lluvia de corto plazo (horas recientes) y otro representando la lluvia acumulada de largo plazo (días recientes), para definir una línea critica que separa una zona de peligro (ocurrencia) de una zona segura (no ocurrencia). Para la determinación de la línea crítica fue necesario realizar un análisis de los datos históricos observados en las estaciones hidrometeorológicas vecinas al área de estudio, a los fines de seleccionar las lluvias extremas causantes de aludes, y las lluvias extremas que no causaron aludes torrenciales. El gráfico está siendo utilizado como una herramienta preliminar para la generación de alertas en un sistema de alerta temprana que ha sido instalado para proteger a la población de Catia La Mar. El sistema consta de un conjunto de estaciones pluviométricas e hidrométricas, las cuales transmiten información en tiempo real a una sala de control. Los datos generados por estas estaciones serán utilizados a futuro para ajustar y calibrar la línea de umbrales críticos a los fines de mejorar progresivamente las predicciones de alerta contra aludes torrenciales en la región.

Influence of basic catalysts on the decarboxylation kinetics of naphthenic acids

Processing of high acidity oils causes corrosion problems in transfer pipelines and distillation units. In this work, the basicity of MgO has been increased by means of humid impregnation with alkaline earth metals. The influence on the decarboxylation reaction of a solution with mineral oil and naphthenic acids was evaluated. The process was carried out at 150, 200, 250 and 300°C and the reaction time was varied from 0 a 360 minutes. The increase in the basicity of the catalysts caused an increase in the decarboxylation reaction rate even if the superficial area of the catalyst was diminished by the superficial modification. The activation energy and the frequency factor of the catalyzed and non catalyzed reaction were determined by the kinetic study. The activation energy for the decarboxylation of naphthenic acids decreased in 45% with regard to the non catalyzed reaction. Finally, tests of catalytic decarboxylation were realized by using heavy oil at 300°C and 360 minutes. It was calculated a higher removal of naphthenic acids in the heavy oil than the removal found in the solution of mineral oil and naphthenic acids.

El procesamiento de crudos de alta acidez causa problemas de corrosión en líneas de transferencia y unidades de destilación. En este trabajo se aumentó la basicidad del MgO por impregnación húmeda con metales alcalinotérreos y se evaluó la influencia sobre la reacción de descarboxilación de una solución de aceite mineral y ácidos nafténicos. La reacción se llevo a cabo a 150, 200, 250 y 300°C y el tiempo de reacción se varió desde 0 a 360 minutos. El incremento en la basicidad de los catalizadores aumentó significativamente la velocidad de reacción de descarboxilación aun cuando el área superficial del catalizador disminuye con la modificación superficial. En el estudio cinético se determinó la energía de activación y el factor de frecuencia de la reacción catalizada y no catalizada. La energía de activación de la reacción de descarboxilación catalítica de ácidos nafténico, disminuyó en 45% con respecto a la reacción no catalizada. Finalmente, se realizó pruebas de descarboxilación catalítica con un crudo pesado de alta acidez (TAN 8,5 mg/KOH/g) a 300°C, y un tiempo de reacción de 360 minutos. Se calculó un porcentaje de remoción de ácidos mayor al presentado a las mismas condiciones, con la solución de aceite mineral y ácidos nafténicos.

Dependability assessment by simulation of a dynamic system with different modes of ageing

The concept of dynamic reliability aims to take into account the interactions between the dynamic and deterministic functional behavior of the system and the stochastic dysfunctional behavior of its components. Some problems must be taken into account in the dynamic reliability: (i) the dynamic interactions between the physical parameters (usually represented by the continuous variables) and the nominal or dysfunctional behavior of the components (usually represented by the occurrence of events), (ii) the instant and the order of the events occurrence, including failures, (iii) the modes of ageing of the multiple components according to the system state. The traditional tools of the reliability can not be applied effectively to solve these problems because they assume an invariant structure in time for the system. This paper presents the reliability assessment of a dynamic system in which there are reconfigurations involving various modes of ageing for some components (changing laws, changing the parameters of laws etc.). The performance indices of the system, such as the reliability, the availability and the maintainability, are determined by Monte Carlo simulation.

La fiabilidad dinámica tiene por objeto tomar en cuenta las interacciones entre el comportamiento funcional dinámico y determinista de un sistema y el comportamiento estocástico de sus componentes. Algunos de los problemas que debe tomar en cuenta la fiabilidad dinámica son: (i) las interacciones dinámicas entre los parámetros físicos (representados generalmente por variables continuas) y el comportamiento nominal o disfuncional de los componentes (representado generalmente por la ocurrencia de eventos); (ii) el instante y el orden de ocurrencia de los eventos, notablemente las fallas; (iii) los modos de envejecimiento múltiple de los componentes según el estado del sistema. Las herramientas tradicionales de la fiabilidad previsional no pueden ser aplicadas eficazmente para resolver estos problemas porque ellas suponen una estructura invariante en el tiempo para el sistema. En este artículo se presenta la evaluación de la fiabilidad de un sistema dinámico en el cual existen re-configuraciones implicando diferentes modos de envejecimientos para ciertos componentes (cambios de leyes, cambio de los parámetros de las leyes, etc.). Los índices característicos del sistema, tales como la fiabilidad, la disponibilidad y la mantenibilidad, son determinados a través de una simulación de Monte Carlo.

Reclassification queries in a geographical data warehouse

A data warehouse is a specialized database designed to support decision-making and is usually modeled using a multidimensional view of data. A multidimensional model includes dimensions that are composed of levels. The levels of a dimension are organized in a hierarchy, e.g., salespersons are grouped into stores. Throughout its lifespan a member (instance) of a level can be associated with several members of a higher level of the hierarchy, e.g., the salespersons can rotate between the stores. This succession of associations enables the formulation of queries such as: “How much did a salesperson sell in his n-th season (stay) in the store X?” In this paper, we enrich this type of query, known as season queries, with spatial features. This enhancement enables the formulation of queries such as: “How much did a salesperson sell in his n-th season in a given geographic region?” (A spatial query window that contains a set of stores.) In order to facilitate their formulation, we propose and incorporate an operator into a multidimensional query language to demonstrate their feasibility of implementation.

Una bodega de datos es una base de datos especialmente diseñada para soportar la toma de decisiones y es usualmente modelada en forma multidimensional. Un modelo multidimensional posee dimensiones las cuales se componen de niveles. Los niveles de una dimensión se organizan jerárquicamente, e.g., los vendedores se agrupan en tiendas. A través de su existencia un miembro (instancia) de un nivel se puede asociar con varios miembros pertenecientes a un nivel superior en la jerarquía, e.g., los vendedores pueden rotar entre las tiendas. Esta sucesión de asociaciones posibilita la formulación de consultas como: “Cuánto vendió un vendedor en su enésima temporada (estadía) en la tienda X?” En este artículo, se enriquece este tipo de consultas, conocidas como consultas de temporadas, con aspectos espaciales. Esta mejora posibilita la formulación de consultas como: “Cuánto vendió un vendedor en su enésima temporada (estadía) en una región geográfica” (Una región espacial que cubre un conjunto de tiendas.) Para facilitar su formulación, se propone e incorpora un operador en un lenguaje de consulta multidimensional para demostrar la viabilidad de su implementación.

Fractional Fourier transform of coherent optical systems application

In 1980 Namias presented the Fourier transform of Fractional order as a generalization of the well known Fourier transform, establishing the mathematic character of this with its set of theorems and properties. Initially he used it to solve problems with the harmonic oscillator quantum mechanics. Recently, the Fourier Optics area has expanded with new contributions related to non conventional transformation, the so called fractional ones. For example, it has been proposed the applications of fractional Fourier transforms (FFT), for spatially variant filtering, characters recognition, encryption, water marks, implementation of neural networks, etc. In this work, we present a mathematic development of continuous fractional Fourier transform. It is applied to optical systems coherent to the signal processing.

En 1980 Namias presentó la Transformada de Fourier de orden fraccional como una generalización de la bien conocida Transformada de Fourier, estableciendo el carácter matemático de la misma junto con un conjunto de teoremas y propiedades. Inicialmente la utilizó para resolver problemas con el oscilador armónico mecánico cuántico. Recientemente en el área de la óptica de Fourier se ha extendido con nuevas contribuciones relativas a transformadas no convencionales denominadas transformadas Fraccional. Se han propuesto, por ejemplo, las aplicaciones de la transformada de Fourier fraccional (TFF) para filtrado espacialmente variante, reconocimiento de caracteres, encriptación de marcas de agua, implementación de redes neuronales, etc. En este trabajo se presenta un desarrollo matemático de la transformada Fraccional de Fourier continua aplicado a sistemas ópticos coherente para el procesamiento de señales.