Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia

Desarrollo en Venezuela de un sistema energético basado en el hidrógeno. : I: Producción de hidrógeno electrolítico

We study the viability of the first stage of the development of the Energetic System Solar-Hydrogen in Venezuela, by means of the construction and manipulation of a mathematical model of the production cost of H2. The H2 is produced by electrolysis of water, with the hydroelectricity as the primary source, and will destined to satisfy the energy needs of the rural sector inhabitants. The model is applied for three case studies. The results show that the production cost increase in the lapse of the simulation, whereas when the increases the H2 production in the same year, the production costs and the electrolyser cost diminished, both behaviors by effect of the scale economy. One concludes that the development of first stage energetic system proposed is viable and advantageous.

Se estudia la viabilidad de la primera etapa del desarrollo del Sistema Energético Solar-Hidrógeno en Venezuela, mediante la construcción y manipulación de un modelo matemático del costo de producción de H2. El H2 se produce por electrólisis del agua con la hidroelectricidad como fuente primaria y se destinará a satisfacer de energía a núcleos de población rural. El modelo se aplica a tres casos de estudio. Los resultados muestran que el costo total de producción crece continuamente en el lapso de la simulación, mientras que al aumentar la producción de H2 en un mismo año, disminuye el costo total y el costo de inversión del electrolizador, ambos comportamientos por efecto de la economía de escala. Al comparar los resultados obtenidos con los reportados en la bibliografía para el mismo método de obtención del H2 y para valores similares de producción, se evidencia las ventajas de la producción de H2 electrolítico en Venezuela. Se concluye que el desarrollo de la primera etapa del sistema energético propuesto es viable y competitivo.

Electrodeposición de películas delgadas de CdTe sobre electrodo de oro en soluciones acuosas de EDTA-Amonio

In the present work, we report the electrochemical growth and characterization of CdTe semiconductor thin films in alkaline solution. The electrodeposition was performed cathodically applying a constant potential. Tellurium (IV) and Cd2+ aqueous alkaline solutions were employed as precursor of CdTe. EDTA was used as complexing agent for Cd2+ ions. The thin film composition was determined by atomic emission spectroscopy with inductive coupling plasm (AES-ICP) and Energy Dispersive X-ray Analysis). UV-visible spectroscopy allowed determining the optical band gap energy, which was 1.64 eV. The photovoltammetric experiment shows up that the synthesized CdTe thin film was p-type semiconductor.

En este trabajo se muestran los resultados obtenidos del estudio del crecimiento electroquímico y caracterización de películas delgadas del semiconductor CdTe. El crecimiento se realizó mediante la electrodeposición catódica a potencial constante a partir de soluciones acuosas alcalinas de las especies precursoras TeO3(2-) y Cd2+ y EDTA como agente acomplejante para el Cd2+. La composición de las películas se determinó por espectroscopía de emisión atómica con plasma inductivamente acoplado (AES-ICP) y espectroscopia de dispersión de rayos X (EDX). Estudios realizados por espectroscopía de reflectancia UV-visible y fotovoltametría, permitieron determinar que las películas CdTe electrodepositadas presentan un comportamiento de semiconductor tipo p y un valor de brecha energética de 1,64 eV.

Parámetros de sonicación para el desprendimiento y estudio de las biopelículas generadas por biocorrosión

This work presents an experimental design that allows to obtain efficient results for such biofilm detachment employing the sonication technique. For this, 85% was established as the acceptable minimum efficiency of viable cells removed. Bacterial biofilms of the sulphate-reducing bacterium Desulfovibrio termitidis were developed for 24 hours on iron sheets and coupons of carbon steel of different geometries. Maximum efficiencies of detachment with sonication and scrapped ultrasound were compared. The evaluation of the different sonication equipment variables permitted to reach efficiencies above the established rank. The parameters that permitted to obtain a maximum efficiency of 88% were: total time 1 minute, impulse on 5 seconds, impulse off 10 seconds and 65% of amplitude for the iron sheets and the coupons of carbon steel of rectangular geometry and: total time 2 minutes, impulse on 2,5 seconds, impulse off 10 seconds and 70% of amplitude for the coupons of concave carbon steel geometry. Additionally, the sonication technique resulted to be 10 times more effective than the technique of scraped-ultrasound at exponential levels.

Este trabajo estructuró un diseño experimental que permitiese obtener resultados eficientes, en el desprendimiento de células sésiles viables, empleando la técnica de sonicado, para ello se estableció 85% como eficiencia mínima aceptable. Experimentalmente se generaron biopelículas de la bacteria reductora de sulfato Desulfovibrio termitidis por 24 horas sobre láminas de hierro y cupones de acero al carbono de diferentes geometrías y, luego de obtenida la eficiencia máxima, se comparó la misma con la eficiencia de la técnica de raspado-ultrasonido. La evaluación de las diferentes variables del equipo de sonicación permitió alcanzar eficiencias por encima del rango establecido. Los parámetros que permitieron obtener una eficiencia máxima de 88% fueron: tiempo total 1 minuto, impulso on 5 segundos, impulso off 10 segundos y 65% de amplitud para las láminas de hierro y los cupones de acero al carbono de geometría rectangular; mientras que para los cupones de acero al carbono de geometría cóncava fue: tiempo total 2 minutos, impulso on 2,5 segundos, impulso off 10 segundos y 70% de amplitud. Adicionalmente, se comparó el desprendimiento de células viables entre la técnica de sonicado y raspado-ultrasonido; donde la técnica de sonicado resultó ser 10 veces más efectiva.

Modificación de superficies de oro para la inmovilización orientada de peroxidasa de rábano recombinante

Gold threads of 0.50 mm of diameter and 25 mm in length were used as work electrodes. These electrodes were electrochemically characterized and their effective areas were determined. The gold surface was chemically modified with a self-assembled monolayer of thiols (SAMs) and, by means of successive reactions, they get bonded covalently to the thiols monolayer, ligands with chelates metallic ion groups (derived from the nitrilotriacetic acid, ANTA) which show affinity by surface receptors generated in a genetic enzyme via engineering techniques. The obtained results showed the good sensitivity, specificity and stability of the used electrochemical techniques in this work.

Hilos de oro de 0,50 mm de diámetro y longitud de 25 mm, se utilizaron como electrodos de trabajo. Estos electrodos fueron caracterizados electroquímicamente y determinadas sus áreas efectivas. La superficie de oro fue modificada químicamente con monocapas autoensambladas de tioles (SAMs) y mediante reacciones sucesivas se van uniendo covalentemente a la monocapa de tioles, ligandos con grupos quelantes de iones metálicos (derivados del ácido nitrilotriacético, ANTA) que muestran afinidad por receptores superficiales generados en una enzima mediante técnicas de ingeniería genética. Los resultados obtenidos mostraron buena sensibilidad, especificidad y estabilidad con las técnicas electroquímicas utilizadas en este trabajo.

Modelo de Nernst-Planck aplicado a la cinética de Intercambio Iónico del sistema PO₄^-3-Cl^- en leche

The kinetics of ionic exchange was determined in milk for decrease of the content of salinity and increase of the stability of the milk, studying the effect of the operational variables: temperature, time of contact milk-resin, on the exchange process for the system ionic chloride-phosphate. The experimental methodology required the use of a reactor for batch with half agitation to exchange the ions chloride present in the solution with ions phosphate fixed to resin strongly basic anionic, during a period of 180 minutes. The content of chloride in the liquid phase was determined by the technique of valuation mercurometric and that of phosphate by spectophotometer. The kinetics data were adjusted in function of a kinetic model of ionic exchange developed starting from the theoretical model of Nernst-Planck that includes the diffusion mechanisms and ionic migration for any system ionic under control of the liquid phase.

Se determinó la cinética de intercambio iónico en leche para la disminución del contenido de sales y aumento de la estabilidad de la leche, estudiando el efecto de las variables operacionales: temperatura y tiempo de contacto leche-resina, sobre el proceso de intercambio para el sistema iónico cloruro-fosfato. Se utilizó un reactor por carga bajo agitación media para intercambiar los iones cloruro presentes en la solución con iones fosfato fijados a la resina aniónica fuertemente básica, durante un periodo de 180 minutos. El contenido de cloruro en la fase líquida se determinó por la técnica de valoración mercurométrica y el de fosfato por espectofotometría. Los datos cinéticos experimentales se ajustaron en función de un modelo cinético de intercambio iónico desarrollado a partir del modelo teórico de Nernst-Planck que incluye los mecanismos de difusión y migración iónica para sistemas iónicos bajo control de la fase líquida. Los resultados del ajuste cinético demuestran que el modelo propuesto se aproxima a la cinética experimental en la medida que se aumenta la temperatura del sistema y se favorece el control de la fase líquida.

**Activación química del bagazo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) en la adsorción de níquel (II) en efluentes industriales**

Sugarcane bagasse Saccharum officinarum was used as a precursor on nickel (II) adsorption present in coal mining effluents. The sample of bagasse was dried, smashed and sieved until obtaining an adequate granulometry, then it was activated with H3PO4 40%p/p during 14 hours, the materials were pyrolized for one hour at 400 and 500°C respectively, obtaining prepared activated coal (PAC-400 y PAC-500). The specific area was determined by using the conventional procedure of Brunauer-Emmen- Teller (BET). The areas (S BET) at CAP-400 and CAP-500 were of 994 and 1344 m²/g respectively. Solutions of nitrate of nickel Ni(NO3)2, at initial concentrations (Co) of 50,100 and 150 mg/L, had a treatment with the PAC, in a contact time of 1 hour and 25°C, the operational pH were 5,0; 5,5 and 6,0. The PAC at 500°C can remove 85,66% of nickel with an Co of 50 mg/L at pH 5,5. The essays at pH 5 and 6 presented a nickel removal of 83,87 and 83,65% respectively. For a Co of 100 and 150 mg/L of Ni(NO3)2 the removal percentage lows. This tendency was similar to the ones with the PAC at 400°C. For the industrial effluent the removal percentage was 96,03%.

Se utilizó el bagazo de caña de azúcar Saccharum officinarum como precursor en la adsorción de níquel presente en efluentes de una mina carbonífera. La muestra de bagazo fue secada, molida y tamizada hasta obtener una granulometría adecuada, luego se activó con H3PO4 40%p/p durante 14 horas; el tiempo de pirólisis fue de una hora a 400 y 500°C, obteniéndose el carbón activado preparado (CAP-400 y CAP-500). El área específica fue determinada usando el procedimiento convencional de Brunauer-Emmett-Teller (BET). Las áreas (S BET) de los CAP-400 y CAP-500 fueron de: 994 y 1344 m²/g respectivamente. Soluciones de nitrato de níquel Ni(NO3)2 a concentraciones iniciales (Co) de 50, 100 y 150 mg/L, fueron tratadas con los CAP preparados en un tiempo de contacto de 1 hora y 25°C, a diferentes pH de operación: 5,0; 5,5 y 6,0. El CAP-500 fue capaz de remover 85,66% de níquel con una Co de 50 mg/L a pH 5,5. Los ensayos a pH 5 y 6, presentaron una remoción de níquel 83,87 y 83,65% respectivamente. Para Co de 100 y 150 mg/L de Ni(NO3)2 el porcentaje de remoción disminuyó; esta tendencia fue similar con los CAP-400. El porcentaje de remoción promedio de níquel (II) en la muestra fue 96,03%.

Diagnóstico de fallas utilizando técnicas estadísticas multivariantes

In this paper, multivariate statistical techniques such as Fisher Discriminant Analysis and Generalized Discriminant Analysis are utilized for fault diagnosis in an industrial process. The pair-wise FDA analysis is used to identify the fault, which determines the most related variable with the present fault. Therefore, the FDA is proposed to classify linearly separable faults and the GDA to classify faults where a nonlinear classifier is needed. A new procedure to study faults is proposed which include wavelet analysis in the extraction phase, to reduce and decorrelate the data. A continuous stirred tank reactor was simulated in presence of typical faults in order to study the proposed method.

En este trabajo se usan técnicas estadísticas multivariantes tales como el Análisis Discriminante de Fisher FDA y el Análisis Discriminante Generalizado GDA para realizar el diagnóstico de fallas en un proceso industrial. La identificación de las fallas se realiza por medio del Análisis de pares FDA, que permite seleccionar las variables más relacionadas con la falla. Por tanto, para el diagnóstico de las fallas se propone el FDA en la clasificación de las fallas linealmente separables y el GDA para clasificar fallas donde la data requiere de un clasificador no lineal. Se propone un nuevo procedimiento para el estudio de las fallas, éste se incluye en la etapa de extracción, y se realiza por medio del análisis Wavelet, para decorrelacionar y reducir la dimensión de la data. Un tanque de reacción no isotérmico agitado continuamente fue usado mediante simulación en presencia de fallas típicas, para estudiar las bondades del método propuesto.

Síntesis de controladores con compensación AW y desempeño en H₂-H_∞

Considering the time invariant linear systems (LTI), this contribution studies the design problem of robust Anti-Windup compensation (AW). The robust performance is analyzed on two function transfers of closed loop using the H2-H∞ norms. One transfer function is defined of the controlled output respect to the perturbation, in order to design a dynamical controller, minimizing the H2 norm. Another one transfer function from the actuator output to the controller output is used in order to evaluate the performance under saturation. The performance index considers the effect of the saturation on the controller output, and this index allows to design the AW compensation gain, minimizing the H∞ norm. The dynamical controller and the AW compensation gain are obtained by numerical solution of linear matrix inequalities (LMI), which allow to characterize the H2-H∞ norms.

Considerando los sistemas lineales invariantes en el tiempo (LTI), esta comunicación trata del diseño de controladores con compensación anti-windup (AW) robusta. El desempeño robusto se analiza a partir de dos funciones de transferencia, utilizando las normas H2 y H∞. Una función de transferencia corresponde a la salida controlada respecto a perturbaciones, de manera de diseñar un controlador dinámico, minimizando la norma H2. La otra función de trasferencia corresponde a la salida del actuador respecto a la salida del controlador. A partir de esa función de transferencia se impone un índice de desempeño, que permite evaluar el efecto de la saturación de los actuadores sobre la salida del controlador. Este índice de desempeño permite diseñar la ganancia de compensación de AW, minimizando la norma H∞. La síntesis del controlador dinámico y la compensación se obtienen mediante el uso de desigualdades matriciales lineales (LMI), que permiten caracterizar las normas H2-H∞

Simulación de la separación de flujo estratificado de líquido-gas mediante ecuaciones de flujo con superficie libre

This paper presents a modification of an open channel simulator with rectangular transverse section, adapted to a partially full circular section to study the one-dimensional flow dynamics and its operation as a manifold for liquid-gas separation. The simulator uses the Saint-Venant equations with implicit finite differences scheme, commonly denominated Preissmanns method, and the optimization method known as Levenberg-Marquardt to solve this kind of equation system. The simulator allows the simulation and the determination of the liquid and gas outlet flows with known inlet conditions. The carried out simulations are considered satisfactory, being observed a good stability of the proposed method.

En este trabajo se adapta un simulador de flujo en canales abiertos con geometría de sección transversal de flujo rectangular a una sección circular parcialmente llena para estudiar en forma dinámica el flujo unidimensional en canales abiertos y su funcionamiento como manifold para la separación de líquido-gas. El simulador usa las ecuaciones de Saint-Venant, discretizadas mediante un esquema implícito de diferencias finitas comúnmente denominado método de Preissmann y el método de optimización de Levenberg-Marquardt para la solución del sistema de ecuaciones. El programa permite simular el flujo y determinar los caudales de salida de líquido y de gas con valores de entrada conocidos. Las simulaciones realizadas fueron satisfactorias, observándose una buena estabilidad del método propuesto.

Invariantes y variantes del bahareque en el estado Zulia

Bahareque is an original constructive technique of the pre-Hispanic era that has survived to the present time in the region of Zulia. For the sake of deepening the knowledge of this technique in our region, this work undertakes the study of the constructive aspects and the materials used in several houses done of bahareque, to determine its invariants and variants. For this purpose were observed and surveyed a sample of 17 houses in diferent urban, sub-urban and rural areas, which can be considered old, because they were constructed before 1950. The results of the collected information were analized applying the comparative method and then with the deductive method were enunciate those aspects which are equal and those which aren´t. It is possible to concluded that differences as far as the technique itself were not observed; the distinctions appear in relation to the used materials which in most cases come from the surroundings.

El bahareque es una técnica constructiva originaria de la época pre-hispánica que ha sobrevivido hasta nuestros días en la región zuliana. En aras de profundizar el conocimiento que se tiene de esta técnica en nuestra región, este trabajo aborda el estudio de los aspectos constructivos y de los materiales utilizados en varias viviendas hechas de bahareque para así determinar sus invariantes y variantes. Para ello fueron relevadas y encuestadas una muestra de 17 viviendas de diferentes áreas urbanas, sub-urbanas y rurales, las cuales pueden considerarse antiguas, ya que fueron construidas antes de 1950. Los resultados de la información recolectada fueron analizados aplicando el método comparativo para luego enunciar, a través del método deductivo, aquellos aspectos que son iguales y aquellos que no. Se puede concluir que no se observaron diferencias en cuanto a la técnica en sí; las distinciones se presentan en relación a algunos materiales utilizados los cuales en la mayoría de los casos, provienen del lugar o de su entorno.