Revista de la Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

El Conocimiento Científico y Tecnológico y en el Ámbito de la Ingeniería y Disciplinas Afines

Performance comparison of mesh routing protocols in an experimental network with bandwidth restrictions in the border router

In recent years, a new technology known as wireless mesh networks (WMNs) has emerged as an adaptable and economical extension of wired networks, which, in some scenarios and applications, may provide a more affordable and versatile solution than other wired or wireless technologies. In this paper, we propose to use WMNs to provide Internet access to low-income people living in Caracas city. Caracas has a geographical distribution such that almost every middle-class and wealthy neighborhood is located next to at least one poor neighborhood, so poor families may access the Internet via one or more Internet Service Providers contracted by a neighbor living in a surrounding middle-class or wealthy neighborhood. Computers in poor neighborhoods can connect to the mesh networks via wireless adaptors. As a first step, we investigate the performance of the mesh network for Babel, B.A.T.M.A.N., and OLSR routing protocols as a function of the throughput and packet loss rate for different test scenarios defined according to the number of mesh nodes and the bandwidth constraints applied by the border router. The results show that when the bandwidth is more limited, all the routing protocols provide similar values of throughput; as the bandwidth restrictions are relaxed, Babel and B.A.T.M.A.N., perform better than OLSR for large number of users. For small network sizes, the routing protocols behave similarly.

En los últimos años, una nueva tecnología conocida como Redes Inalámbricas Malladas (WMNs - Wireless Mesh Networks) ha emergido como una extensión adaptable y económica de las redes cableadas que, en algunos escenarios y aplicaciones, pueden ofrecer soluciones más versátiles y costeables que otras tecnologías de redes cableadas o inalámbricas. En este artículo, se propone usar las WMNs para proveer acceso a Internet a personas de bajos ingresos que viven en la ciudad de Caracas. Caracas tiene una distribución geográfica en la cual la mayoría de las urbanizaciones pudientes y de clase media se encuentran adyacentes a un vecindario de bajos recursos, en donde sus habitantes podrían acceder a Internet vía uno o más proveedores de servicios contratados por un vecino ubicado en una urbanización con mayores recursos. Los computadores en los vecindarios de bajos recursos se pueden conectar a la red mallada a través de adaptadores inalámbricos. Como primer paso, se investigó acerca del desempeño de las redes malladas para los protocolos de enrutamiento Babel, B.A.T.M.A.N., y OLSR en función del throughput y la tasa de pérdida para diferentes escenarios definidos de acuerdo al número de nodos mallados, y a las restricciones del ancho de banda aplicadas por el enrutador de borde. Los resultados muestran que cuando al ancho de banda es más limitado, todos los protocolos de enrutamiento proveen valores similares de throughput; a medida que las restricciones de ancho de banda se relajan, Babel y B.A.T.M.A.N. tienen mejor desempeño que OLSR para un elevado número de usuarios. Para redes pequeñas, todos los protocolos poseen conductas similares.

Efficient and compact closed formulae for 2D-elasticity quadratic boundary elements

En este trabajo se obtienen las fórmulas cerradas (exactas) para las matrices de influencia de los elementos de contorno en elasticidad plana. Las fórmulas son simples y eficientes, generando un ahorro sustancial de tiempo de ejecución computacional cuando se comparan con los métodos de integración numérica. Se obtuvieron las fórmulas mediante la manipulación simbólica de las ecuaciones integrales y soluciones fundamentales a partir del uso de Sistemas de Álgebra Computacional (SAC), seguido de un post-procesamiento de las expresiones generadas. Las fórmulas son adecuadas para la evaluación de integrales cuasi-singulares (punto de colocación muy cercano al elemento de integración) y la evaluación de integrales singulares (punto de colocación sobre el elemento de integración). Adicionalmente, se discute un ejemplo donde se aplica lo desarrollado en este trabajo.

Closed (exact) formulae for the stiffness matrices of 2D-elasticity boundary elements are obtained in this work. The formulae are simple and efficient, generating substantially savings of CPU time when comparing with numerical integration approaches. The formulae were obtained by symbolic manipulation of the integral equations and fundamental solutions, by using Computer Algebra Systems (CAS), followed by a post-processing of the generated expressions. The formulae are suitable to the evaluation of nearly-singular integrals (source point very close to the integration element) and to the evaluation of singular integrals (source point belongs to the integration element). An application example is discussed.

Analysis of hydrological behaviour of Achiras-del Gato stream (Córdoba, Argentina) by means of new software

El arroyo Achiras-del Gato (Córdoba, Argentina) desarrolla su cuenca en la sierra y llanura pampeanas. El objetivo del presente trabajo consiste en evaluar el funcionamiento hidrológico del arroyo y el rol del agua subterránea y de una presa, construida en el año 2007 en cuenca alta, mostrando el uso de una aplicación informática (Arken 1.0) desarrollada para el tratamiento de datos. La misma permitió tratar en forma notoriamente rápida los datos de un limnígrafo (serie de niveles de agua 2002-2009) obteniéndose limnigramas e hidrogramas anuales y multianuales y curvas caudal-duración (Qd). En el hidrograma general se destaca la presencia de caudal base aportado por el acuífero libre y la influencia ejercida por la presa. Así, el hidrograma se presenta como una serie inhomogénea, pasando de un rango de caudales pre-presa alto a uno post-presa más bajo, debido al control de crecientes y la regularización el caudal (por aporte gradual desde la presa). Las variaciones observadas en Q95, Q50 y en la relación Q25/Q75, comparando la curva caudal-duración pre y post-presa, se atribuyen también al aumento de los caudales mínimos asociados con la liberación más uniforme de escurrimiento superficial por la presa, que se suman en forma casi permanente al aportado por el acuífero, dado que el uso actual del suelo no indica incremento en la infiltración y, consecuentemente, del aporte freático en los últimos años.

The Achiras-Del Gato stream basin (Córdoba-Argentina) is developed in the Pampean mountains and plain. The objective of this work is to assess the behavior of the hydrological system, especially the groundwater role and a dam function, showing the use of specific software (Arken v.1.0) developed for data treatment. The dam was built in 2007 in the upper basin. Field information and data from a water level gauger (series 2002-2009) were evaluated using Arken 1.0, which improved notably data treatment. Discharge graphs, limnigrams and permanence curves (Qd) were analyzed for different periods, which made possible to characterize the hydrological behavior. It is important to highlight the presence of base flow (Qb) in the stream provided by the groundwater from unconfined aquifer and the influence of the dam in the general level hydrograph. This graph represents now an inhomogeneous series, ranging from a pre-dam high flows period to a post-dam low flows stage, due to the dam effects (lamination of high flows and increasing of low flows by gradual contribution from the dam). Comparing the pre and post-dam Qd curves, the changes observed in Q95, Q50 and the relationship Q25/Q75 were attributed to increased low flows associated with more uniform release of surface runoff by the dam in addition to the baseflow supplied permanently from the aquifer, since the current land uses does not indicate an increase in infiltration processes and in groundwater contribution in the last years.

Settleability analisys of biological sludges produced in SBR during effluent biological reactor denitrification

Se ensayó el comportamiento de sedimentación de los lodos del licor mezclado de un reactor por carga secuencial (RCS) a escala de laboratorio (10 litros) operando bajo condiciones anóxicas para desnitrificar un sustrato constituido por el efluente de un biorreactor de crecimiento adherido alimentado con un líquido residual sintético. El reactor fue operado en ciclos de seis (6) horas y bajo tres condiciones de fracción volumétrica (50%, 20% y 0%) de líquido residual sintético usadas para complementar el contenido de carbono orgánico en el RCS. La secuencia operacional consistió de las siguientes fases: llenado, 15 minutos; reacción anóxica, 4 h y 30 min; "pulido" (aireación/agitación), 15 min; sedimentación, 45 min; descarga, 15 min. Se hicieron cuatro (4) experiencias de sedimentación para cada fracción suplementaria usada y se midieron los parámetros convencionales utilizados para evaluar la sedimentabilidad de los lodos: Indice Volumétrico de Lodos (IVL), velocidad de sedimentación de la interfase (r s) y tiempo crítico (t c). La conducta de sedimentación obtenida fue excelente cuando la fuente suplementaria de carbono añadida era 20% y bastante buena para 50 y 0%. Las tasas de sedimentación alcanzaron valores considerados altos y los tiempos críticos de sedimentación estuvieron en el mismo orden de experiencias previas.

The sedimentation behavior of mixed liquor sludge of a sequential batch reactor (SBR), operated to laboratory scale (10 liters capacity) under anoxic conditions in order to denitrify a substrate integrated by the effluent of a attached growth bioreactor feeded with a synthetic residual liquid. The denitrifyng process was operated by 6 hours cycles and under three different conditions of volumetric fraction (50%, 20% y 0%) required to balance the organic carbon content. The operational sequence consisted of the following phases: filled, 15 min; anoxic reaction, 4 hours and 30 min; "polished" (aireation/agitation), 15 min; sedimentation, 45 min; decant, 15 min. Four experiments were done for each supplementary carbon fraction and the sedimentation rate was measured in a 1 liter graduated cylinder. This permitted to evaluate the sludge sedimentation behaviour: the sludge volumetric index (IVL), sedimentation rate at the interphase (r s) and the critical time (t c).The sludge characteristics obtained indicate that the IVL values showed an excellent sedimentation behaviour when the volumetric fraction used was 20% and very good for 50% and 0%. The sedimentation rate reached relatively high values and the critical time values were similar to other previous experiments.

Lichens as biomonitors of air pollution with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): A review

Los líquenes pueden ser empleados como biomonitores para la investigación y el control de la contaminación del aire, por comportarse como instrumentos válidos para evaluar la calidad del aire afectada por emisiones provenientes de fuentes móviles o fijas. En este contexto, esta publicación pretende recopilar abundante información sobre el progreso de las investigaciones relativas al uso de los líquenes como biomonitores de la calidad del aire, con énfasis en la determinación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). El objetivo de esta revisión es recopilar los resultados de investigaciones que en esta materia se han desarrollado, posteriores al año 2001, cuando se realiza la publicación de Conti & Cecchetti (Biological monitoring: lichens as bioindicators of air pollution assessment - a review). La presente revisión señala las líneas más importantes en el estado del arte del conocimiento en este campo, evaluando las aplicaciones metodológicas de los líquenes (muestreo, tratamiento físico y químico, instrumentación analítica, herramientas estadísticas y perspectivas futuras) al igual que las ventajas/desventajas con respecto a los métodos de monitoreo convencionales.

Lichens can be used as a biomonitors for research and control of air pollution since they are valid instruments for assessing air quality affected by emissions from mobile or fixed sources. In this context, this paper manages to collect extensive information about the progress of research on the use of lichens as biomonitors of air quality, with emphasis on the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The aim of this review is to compile the results of research in this area that have been developed after 2001, when performing the publication of Conti and Cecchetti (Biological monitoring: lichens as bioindicators of Pollution assessment - a review). This review discusses the most important lines in the state of the art knowledge in this field, assessing the lichens methodological applications (sampling, physical and chemical treatment, instrumental analysis techniques, statistical tools and future prospects) and their advantages / disadvantages with respect to conventional research methods.

Shunt fuzzy PI control compensating a line current PI control response in a three phase rectifier

Este trabajo presenta la simulación de un sistema de control de corriente difuso conectado en paralelo con un control de corriente PI clásico desintonizado. El objetivo del sistema es corregir la corriente de la línea de alimentación en un rectificador trifásico. El control PI difuso es un sistema de inferencia difusa Takagi-Sugeno (SID T-S) de orden cero que se conecta en paralelo con el control PI clásico para compensar su respuesta y lograr que la corriente de la línea se sincronice en fase con el voltaje de alimentación. Las simulaciones se llevaron a cabo en un procesador digital de señales (DSP) de Analog Devices 21061.

This work presents the simulation of a fuzzy PI control connected in shunt topology with a line current mistuned PI control. The goal of the system is to correct the line current in a three phase rectifier. The fuzzy PI control is a zero-order Takagi-Sugeno Fuzzy Inference System (FIS T-S) connected in parallel with a classical mistuned PI control to compensate its response and achieve power factor correction. The simulations were carried out in an Analog Devices 21061 digital signal processor (DSP).

Design of an electronic single-phase energy meter with ethernet communication

Se diseñó un contador de energía monofásico electrónico que tiene la capacidad de calcular valores de energía activa, energía reactiva, energía aparente, tensiones, corrientes y factor de potencia. Las determinaciones de la energía activa, la tensión y corriente se realizaron siguiendo la normativa venezolana COVENIN 3222:2003. Se utilizó el concepto de Lectura de Mediciones Automáticas (AMR) para transmitir dicha información hacia una plataforma de recolección de datos a través del estándar Ethernet de un número de contadores conectados entre ellos por medio de un bus de comunicación RS-485. Los datos pueden ser procesados y analizados para entender los patrones de utilización de la energía por parte de los usuarios del servicio eléctrico. Con la vigencia de las Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad (NCSD), el proyecto cobra mayor relevancia, ya que servirá de apoyo a las empresas eléctricas para garantizar un servicio de mayor calidad.

In this work, an electronic single-phase energy meter able to calculate different values, such as: active energy, reactive energy, apparent energy, voltage, current and power factor, was designed. To determine the active energy, voltage and current values, the energy meter was designed conforming to COVENIN 3222:2003 Venezuelan standard. Automated Meter Reading (AMR) concept was used for data transmission into an Ethernet standard platform using several energy meters connected through a RS-485 bus port. The obtained data is processed and analyzed in order to understand the electricity consumption patterns of each user. Considering the Quality of Service (QoS) standards, this work becomes more relevant to be applied to support electric utility companies to guaranty better QoS.

Cement system design used in anchorage wells for offshore deepwater production platforms: Event: Rio de Janeiro, Brasil

La cementación de pozos en zonas no consolidadas, con estrecho margen entre los gradientes de poro y fractura, requieren un foco en sistemas cementantes de baja densidad. La perforación en aguas profundas donde una serie de pozos son perforados, cementados, completados y puestos a producción a una plataforma específica, la cual posee un determinado número de anclas que de acuerdo con el estudio de suelos puede ser del tipo torpedo o de anclaje utilizando pozos cementados. Estos pozos utilizados para el anclaje de unidades marítimas de producción se perforan en aguas profundas con retorno al suelo marino, sin equipamiento para prevenir reventones y sin tubería de conexión entre la unidad marítima de perforación y el pozo, en zonas no consolidadas con bajo gradiente de fractura. Diseños de sistemas cementantes son desarrollados y pruebas de laboratorio son ejecutadas para determinar si se adaptan a las condiciones previstas para garantizar el anclaje mediante un eficiente sistema de pozo, cemento y tubería. Se desarrollaron sistemas cementantes para aplicación Costa Afuera con una resistencia compresiva mayor a 2500 psi, que estén entre los rangos de gradiente de poro y de fractura en formaciones no-consolidadas, en profundidad de agua de 1400 m y temperatura del suelo marino de 40 ºF. Es novedoso el desarrollo de sistemas cementantes en láminas de agua profundas, con temperaturas del suelo marino relativamente bajas y con una alta resistencia compresiva.

The cementing of wells in unconsolidated zones, with narrow margin between the pore and fracture gradients, require a focus on low density cements systems. Drilling en deep water where a series of wells are drilled, cemented, complete and put into a production in a specific maritime unit. These maritime unit of production would need a certain number of anchors, which according to study of soils can be of torpedo type or cemented wells. When drilling deep water wells of the sea floor return, the riserless, drill sections have low fracture gradient, unconsolidated sands. Cement system design are developed and laboratory tests are executed to determine the anchorage which an efficient system of well, cement and casing. Cement systems developed for offshore application with a compressive strength greater than 2500 psi, between the gradient pore and fracture in unconsolidated formations, in water depth of 1400 m, where the temperature of the ocean floor is 40 ºF. The cement system development is new in deep water, with low temperatures of the sea floor and with a high compressive strength.

Evaluation of rigorous models for natural gas hydrates predictions

Los hidratos de gas natural son sólidos cristalinos formados por el contacto del agua con gases de bajo peso molecular, a bajas temperaturas y altas presiones. Estos compuestos son una fuente de problemas en la industria petrolera debido a que las condiciones en que el gas y el petróleo se producen, transportan y procesan, son con frecuencia adecuadas para la formación de estos compuestos de inclusión. Debido a ello, es necesario estudiar y desarrollar modelos que sean capaces de predecir bajo qué condiciones los hidratos se forman, con la finalidad de poder prevenir su formación. En la actualidad existen modelos de predicción de formación de hidratos empíricos, semi-rigurosos y rigurosos, siendo estos últimos los que manejan una amplia teoría termodinámica. En el presente trabajo se evaluaron siete modelos rigurosos para la predicción de formación de hidratos de distintos sistemas de hidrocarburos, desde mezclas con un solo hidrocarburo hasta mezclas multicomponentes en un amplio rango de temperatura y presión. Todo esto con la finalidad de poder evaluar los modelos rigurosos y determinar cuál arroja la menor desviación con respecto a los datos experimentales. El modelo riguroso que resultó con mejor desempeño para todas las mezclas estudiadas fue el presentado por Munck y el de mayor desviación fue el presentado por Parrish & Prausnitz.

Natural gas hydrates are crystalline solids formed by the contact of water with low molecular weight gases at low temperatures and high pressure conditions. These compounds are a source of problems in the oil industry, because the conditions of produced, transported and processed oil and gas, are often suitable for the formation of these include compounds. Due to this is necessary to study and develop models capable of predicting conditions under which hydrates form, in order to prevent their formation. Nowadays there are empirical, semi-rigorous and rigorous hydrate prediction models, those who handle a comprehensive thermodynamic theory formation of hydrates. This work evaluated seven rigorous models for prediction of hydrates for different systems of hydrocarbons, from mixtures with a single hydrocarbon to a multi-component mixture in a wide range of temperature and pressure. All this in order to evaluate which models yields to lower deviation compared to the experimental data. The rigorous model which turned out to have the best performance for all studied mixtures was submitted by Munck and the one which had the highest deviation was submitted by Parrish & Prausnitz.

Properties of modified portland cement concrete with scrap rubber at different w/c ratios

The objective of this work was to study concrete compounds modified with automobile tire tread residues, through destructive and non destructive essays. Compressive, indirect tensile strength and flexural strength studies done to compounds with different compositions of rubber waste (5 and 10 wt%) and with different rubber particle size at ages of 7, 28 and 60 days, indicate that the scrap rubber addition decreases these mechanical properties. Nonetheless, this behavior can be profitable when some ductility of the material is required. When analyzing water/cement ratios (0.45, 0.60), it was demonstrated that higher values of mechanical properties are obtained with the lower ratio. With respect to impact tests, the rubber addition considerably improved the energy absorption. It was also observed that an improvement in the capacity of concrete-rubber composites for attenuating the acoustic waves respect to traditional concrete was not achieved. Thus, it is feasible to reuse scrap rubber, regardless its particle size, as aggregates for concrete mixtures since the main characteristics of the concrete are not deteriorated. Besides, we can expect a reduction of self-weight of concrete and also the protection of the environment by recycling waste resources.

El principal objetivo de este trabajo fue estudiar compuestos de concreto modificados con residuos de cauchos de automóviles, a través de ensayos destructivos y no destructivos. Análisis de la resistencia a la compresión, resistencia tensil indirecta y resistencia a la flexión, fueron realizados a los diferentes compuestos con diferentes contenidos (5 y 10%) y tamaños de partículas de caucho a las edades de 7, 28 y 60 días, indicando que los residuos de caucho disminuyen estas propiedades mecánicas. Sin embargo, este comportamiento es beneficioso cuando alguna ductilidad del material se requiere. En el análisis de las relaciones agua/cemento (a/c), se observó que los mejores resultados se obtuvieron a la más baja relación a/c. Con respecto a los ensayos de impacto, se demostró que ocurre una mejor absorción de energía con la adición de caucho. Por otra parte, no se obtuvo una mayor capacidad de atenuación de las ondas sonoras al compararlo con el concreto tradicional. En resumen, la utilización de residuos de caucho en el concreto no deteriora las principales características del concreto tradicional reduciendo el peso del mismo y logrando la protección del ambiente reciclando fuentes de desecho.

Study of precipitation in an AA7075 rolled alloy

El efecto de la deformación, por laminado en frío, sobre la cinética de transformación de fases en una aleación comercial AA7075 ha sido estudiado por Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). Diferentes condiciones microestructurales de partida han sido utilizadas: (a) homogeneizada y templada, la cual se caracteriza por una elevada sobresaturación de soluto y una baja densidad de tensiones internas y (b) deformada hasta un 85% de reducción de espesor luego del tratamiento aplicado en (a), caracterizada por una elevada sobresaturación de soluto y una alta concentración de tensiones internas. Las muestras bajo la condición (a) al ser calentadas entre 25 y 600ºC sufren un proceso de redistribución atómica, que conlleva a que los átomos de soluto (principalmente Zn y Mg) se reacomoden para dar paso a la precipitación de zonas Guinier- Preston (GP), a temperaturas por debajo de 170ºC, seguido de la precipitación de la fase η′ en la vecindad de 250ºC y que a temperaturas por debajo de los 350ºC precipite la fase η, las dos últimas ricas en MgZn2. La microestructura en condición (b) al ser calentada muestra flujogramas diferentes en cuanto a la desaparición de picos característicos de la microestructura homogeneizada, principalmente a bajas temperaturas, acelerando la transición de la fase η a la fase η cuando se aumenta la deformación aplicada. Las transformaciones detectadas por DSC se desplazan cuando la razón de calentamiento Φ es aumentada, confirmando que la cinética de fases es controlada por el mecanismo de difusión, incluso en muestras severamente deformadas. Esto nos permite usar el método de iso-conversión para evaluar la energía de activación Q de la fase más prominente, en este caso la fase η. La variación de Q con la deformación aplicada demuestra que ocurre una interacción directa entre los procesos de recristalización y de precipitación, donde existe un valor crítico de reducción de espesor (~50%) a partir del cual se facilita la precipitación de la fase de equilibrio η. El estado microestructural para ambas condiciones, en diferentes etapas del estudio, es observado por Microscopía Electrónica de Transmisión, confirmando una reorganización de las dislocaciones introducidas al aplicar diferentes grados de laminación.

The effect of the deformation applied by cold rolling on the kinetics of phase transformation in a commercial AA7075 alloy has been studied by Differential Scanning Calorimetry (DSC). Different microstructural conditions were investigated: (a) homogenized and quenched, which is characterized by a high solute oversaturation and low internal energy and (b) deformed up to 85% thickness reduction after the treatment applied in (a), characterized by a high solute oversaturation and a high internal energy. Samples under condition (a) when heated between 25 and 600° undergo a process of atomic redistribution leading to the re-arrangement of the solute atoms (Zn and Mg mainly), which gives rise to the precipitation of Guinier-Preston zones (GP) at temperatures below 170º, followed by the precipitation of the η′ phase in the vicinity of 250° while the ηphase precipitates at temperatures below 350º, the last two MgZn2 rich. The microstructure in condition (b) when heated shows a different evolution regarding the disappearance of characteristic peaks in the homogenized microstructure, especially at low temperatures, accelerating the transition of η to ηphase when increasing the rolling rate. The transformations detected by DSC are displaced when the heating rate Φ is increased, confirming that the kinetics of phase transformation is controlled by diffusion, even in the severely deformed samples. This allows us the use of the iso-conversion method to evaluate the activation energy Q of the most prominent phase, in this case ηthe phase. The variation of Q with the deformation applied allows the conclusion that a direct interaction between the recrystallization and precipitation processes occurs, where for a critical thickness reduction (~ 50%) the precipitation of the ηphase is promoted. The microstructural state for both conditions, at different stages of the study, has been observed by transmission electron microscopy (TEM) confirming the occurrence of a dislocation reorganization process.