Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

Hydrogen and carbon nanotubes production by methane decomposition over Ni°/La₂O₃ obtainedfrom LaNiO_3-δ erovskite

La perovskita LaNiO3, tanto reducida como no reducida, se evaluó en la reacción de descomposición del metano a 600°C y 700°C. El Ni°/La2O3 obtenido por este procedimiento mostró la más alta actividad en la descomposición de metano, además la mayor producción de hidrógeno y CNTs: 18 LH2 / (gcath) y 2,2 g CNT/ (g cat h) respectivamente. Este catalizador presenta la mayor conversión reportada en la literatura (82%) bajo condiciones similares de operación. Cuando se utiliza la perovskita, la conversión de CH4 y la producción de CNTs fue 4 veces menor que la obtenida con el catalizador reducido. Los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs) fueron caracterizados por difracción de rayos X (XRD), área superficial (BET), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y de barrido (SEM), análisis termogravimétrico (TGA) y espectroscopia Raman. Las micrografías TEM mostraron que los CNTs poseían diámetros internos entre los 5 a 16 nm, externos hasta los 40 nm, y varias micras de longitud.

LaNiO3 perovskite, both reduced and non-reduced, was evaluated in the decomposition of methane at 600°C and 700°C. The Ni°/La2O3 obtained by reduction of LaNiO3 showed the largest methane decomposition activity and also the highest yield of hydrogen and carbon nanotubes (CNTs): 18 LH2 /(gcat h) and 2.2 g CNT/(g cat h), respectively. To our knowledge, these figures are among the highest values reported in the scientific literature. When non-reduced perovskite was used, the conversions and yields of CNTs were about 4 times lower than those with reduced catalyst. Multi walled carbon nanotubes were characterized by X-ray diffraction, surface area, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, and Raman spectroscopy. TEM micrographs showed that the CNTs were multi-walled, with inner diameters ranging from 5 to 16 nm, external diameters up to about 40 nm, and several microns in length.

Microstructural analysis of A356-T6 aluminum alloy on high tension connectors

Algunas empresas del sector eléctrico han reportado que durante el tiempo de servicio de los conectores de alta tensión, tanto en líneas de transmisión de energía como en subestaciones eléctricas, se han presentado algunos casos donde dichos elementos presentan una disminución importante en la eficiencia de su desempeño. Se han realizado algunos estudios que han permitido determinar los cambios en las propiedades mecánicas y eléctricas de los conectores generados por los altos regímenes de temperatura alcanzados en los circuitos. En este documento se muestran los cambios microestructurales observados en una aleación de aluminio A356-T6 (material de fabricación de conectores) promovidos mediante ensayos térmicos y eléctricos simulando condiciones de servicio y su correlación a las variaciones de propiedades mecánicas.

Some electrical companies have reported that during the service time, high tension connectors in energy transmission lines as well as power substations, there have been several cases where such elements exhibited an important decrease of their performance efficiency. Several studies have been carried out allowing the determination of changes in the mechanical and electrical properties of connectors caused by high levels of temperature reached for the circuits. In this paper we show the microstructural changes observed on an aluminum alloy A356-T6 (connectors manufacturing material) promoted by means thermal and electrical tests under simulated service conditions and their correlation to mechanical properties variations.

Failure analysis of a hydraulic press clamp

El presente trabajo describe el análisis e investigación de las causas de falla de una mordaza plana perteneciente a una prensa hidráulica. Esta mordaza falló prematuramente luego de dos días de trabajo bajo condiciones de carga de diseño. El análisis de las superficies fracturadas indicó la creación de grietas gracias a concentradores de esfuerzos como resultado de un diseño inadecuado. Por otra parte, el estudio metalográfico reveló la presencia de grupos de carburos primarios alineados, que junto con los concentradores de esfuerzos, indujeron la falla prematura de la mordaza.

This paper describes the analysis and investigation of the causes of the failure of an hydraulic press jaw face grip. Analysis of the fractured surfaces indicated the creation of cracks due to stress concentrators as a result of defective design. On the other hand, metallographic examination revealed the presence of aligned clusters of primary carbides that along with the stress concentrators induced the premature failure of the grip.

Mechanical and tribological properties enhancement of heat treated AISI 4340 steel by using a TiN/TiAlN multilayer coating system

TiN/TiAlN (titanium nitride/titanium aluminum nitride) multilayer were deposited by d.c. reactive magnetron sputtering using titanium and aluminum targets with 10 cm in diameter and 99.9% purity in an argon/nitrogen (Ar/N) atmosphere, applying a substrate temperature of 300°C and a pressure of 7x10-3 mbar. Silicon (100) and heat treated AISI 4340 steel samples with a hardness of 54 Rockwell C (HRC, approximately 5.4 GPa) were utilized as substrate. TiN/TiAlN coatings with 70% aluminum and 4 µm total thickness were investigated as function of multilayer number and their mechanical and tribological properties compared to the uncoated steel samples. The crystalline structure of the coated samples was analyzed through X-ray diffractometry and its morphology and topography using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Hardness was determined by means of nanoindentation, while wear resistance was characterized through pin on disc measurements. A hardness and Young Modulus increment from 62% and 70% respectively, were obtained for 150 multilayer of TiN/TiAlN related to 30 bilayers and from 740% and 202% respectively, compared with the uncoated AISI 4340 steel samples. Finally the friction coefficient was reduced from 0.55 down to 0.20 and the roughness from 63 nm to 3.2 nm for the steel samples coated with 150 bilayers of TiN/TiAlN, what conduced to a greater wear resistance of the coating system.

Multicapas de TiN/TiAlN (nitruro de titanio/nitruro de titanio aluminio) se depositaron por la técnica de la pulverización catódica d.c. reactiva utilizando blancos de titanio y de aluminio de 10 cm de diámetro, con una pureza de 99,9%, en una atmósfera de argón y nitrógeno (Ar/N), aplicando una temperatura de 300°C y una presión de 7x10-3 mbar al sustrato. Como sustratos se utilizaron silicio (100) y acero AISI 4340 tratado térmicamente con una dureza de 54 Rockwell C (HRC, aproximadamente 5,4 GPa). Recubrimientos de TiN/TiAlN con un contenido de Al de 70% y un espesor total de 4 µm se investigaron en función del número de multicapas y sus propiedades mecánicas y tribológicas se compararon con las de las muestras de acero sin recubrir. La estructura cristalina de las muestras recubiertas se analizó mediante difracción de rayos X, la morfología y topografía con microscopia electrónica de barrido (SEM) y microscopia de fuerza atómica (AFM). La dureza se determinó mediante nanoindentación, mientras que la resistencia al desgaste se caracterizó a través de mediciones de pin on disc. Para las 150 multicapas de TiN/TiAlN se obtuvo un incremento en la dureza y en el módulo de Young de 62% y 70% respectivamente, en relación a las 30 bicapas iniciales, y de 740% y 202% respectivamente, comparado con el acero AISI 4340 sin recubrir. Finalmente, el coeficiente de fricción se redujo de 0,55 a 0,20 y la rugosidad de 60 nm a 3,2 nm para las probetas de acero recubiertas con 150 bicapas de TiN/TiAlN, lo cual condujo a una mayor resistencia al desgaste del sistema de recubrimiento.

Use of chemical methods to synthesize SnO₂ -TiO₂ nanopartícles

En este trabajo se utilizaron dos rutas químicas para sintetizar polvos cerámicos del sistema SnO2 -TiO2 : los métodos de precipitación controlada y precursor polimérico (Pechini). Los polvos cerámicos se caracterizaron utilizando Difracción de Rayos X (DRX), Análisis Térmico Diferencial y Termogravimétrico (ATD/TG), Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y de Transmisión (MET). Los polvos cerámicos sintetizados presentaron tamaño nanométrico y alta pureza química.

In this work, chemical routes were used to synthesize SnO2 -TiO2 ceramic powders: precipitation and polymeric precursor (Pechini) methods. The ceramics powders were characterized by Differential thermal and thermal gravimetric analysis (DTA/TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X Ray Diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The synthesized ceramic powders presented nanometric sized and high chemical purity.

Educational software for the teaching of the dynamics and control of shell and tube heat exchangers

Este trabajo presenta la estructura de un software desarrollado para la enseñanza y aprendizaje de la dinámica y control de intercambiadores de calor de tubos y coraza. El programa presenta, de manera numérica y gráfica, el comportamiento dinámico en lazo abierto y cerrado del proceso para diferentes parámetros de diseño y condiciones de operación variables. El software permite modificar condiciones tanto de operación como de diseño, por ejemplo, temperatura y caudales de entrada a los tubos y coraza, número y longitud de tubos, número de pasos, diámetro externo e interno de los tubos, diámetro interno de coraza y factor de ensuciamiento.

The present work shows the software structure developed for teaching and learning of the dynamics and control of shell and tubes heat exchangers. The program shows (numerical and graphical mode) the dynamic behavior in open and closed loop under different design parameters and variable operations conditions. The software allows changing operation and design conditions such as temperature and flow inlet in shells and tubes, number and length of tubes, inside and outside diameter of tubes, number of passes, shell outside diameter and fouling factor.

Flame structure simulation in a methane/air coflow partially premixed burner

The effect of the equivalence ratio on the partially premixed methane / air laminar flame structure, in a coflow atmospheric burner was simulated. Three equivalence ratios were studied (Φ =1.6, Φ =2.0, Φ =3.5) keeping constant the released energy. The simulation was carried out using FLUENT V 6.2. The radial profiles of temperature and velocity were compared with the experimental data. The influence of the mesh structure in the solution was studied. A criterion to report the height of the flame from the OH profile was also defined. The effect of the equivalence ratio on the flame structure was analyzed from temperature and species contours. The typical structure of a partially premixed flame for the three equivalence ratios was obtained.

Development and implementation of an impedance measurement technique for bovine wet bone samples

Este artículo presenta el desarrollo e implementación de una metodología para encontrar los valores de conductividad y permitividad eléctrica de los tejidos cortical y medular, en muestras de fémur de bovino. El tamaño de las muestras fue de diez centímetros, procedentes de animales sanos y jóvenes y con un tiempo de cuatro días después de muerto el animal. El hueso sin partes blandas fue empacado al vacío y conservado a 0°C hasta la realización de las pruebas. Para el mantenimiento y tratamiento de las muestras se desarrollaron protocolos experimentales. Para la medición se construyeron un par de electrodos de contacto de los cuales se encontró su valor de impedancia. El sistema de medición fue acompañado de un circuito RC paralelo para disminuir el efecto de la impedancia de los electrodos. Las mediciones se efectuaron para las frecuencias de 100 Hz y 120 Hz. Las variables medidas fueron impedancia (Z) y ángulo ( θ ), y las calculadas a partir de ecuaciones matemáticas, fueron conductividad (σ ) y permitividad (ε ). Los resultados se encontraron dentro de los rangos reportados en literatura.

This paper presents a development and implementation of a methodology to find the electrical properties (conductivity and permittivity) of cortical and medullar tissue in bovine femur samples. The sample size was ten centimeters; they were obtained of healthy and young animals, and after four days animals were dead. Soft parts were removed from the samples and the samples were vacuum packed at 0°C until the tests were done. Experimental protocols for maintenance and treatment of samples were developed. A couple of contact electrodes were built for the measurements and the electrode's impedance was determined. A parallel RC circuit was connected to the measurement system to decrease the electrode's impedance effect. The measurements were done for 100 Hz and 120 Hz. The measured variables were impedance (Z) and angle (θ ), and the calculated variables were conductivity (σ) and permittivity (ε) by means of mathematical equations. The results were in agreement with literature values.

Classification methodology and feature selection to assist fault location in power distribution systems

A classification methodology based on Support Vector Machines (SVM) is proposed to locate the faulted zone in power distribution networks. The goal is to reduce the multiple-estimation problem inherent in those methods that use single end measures (in the substation) to estimate the fault location in radial systems. A selection of features or descriptors obtained from voltages and currents measured in the substation are analyzed and used as input of the SVM classifier. Performance of the fault locator having several combinations of these features has been evaluated according to its capability to discriminate between faults in different zones but located at similar distance. An application example illustrates the precision, to locate the faulted zone, obtained with the proposed methodology in simulated framework. The proposal provides appropriate information for the prevention and opportune attention of faults, requires minimum investment and overcomes the multiple-estimation problem of the classic impedance based methods.

En este artículo se propone una metodología de clasificación basada en máquinas de soporte vectorial (SVM), para localización de fallas en redes de distribución de energía eléctrica. La meta es reducir el problema de la estimación múltiple de los métodos que usan medidas en un sólo terminal de la línea (la subestación), para estimar la localización de fallas en sistemas radiales. Adicionalmente, la selección de características o descriptores obtenidos de la señal de tensión y de corriente se analiza y usa como entrada del clasificador SVM. Se evalúa además el desempeño del localizador ante diferentes combinaciones de estas características, de acuerdo con su capacidad para discriminar entre las fallas que ocurren en la diferentes zonas del sistema de potencia, pero localizadas a una distancia similar desde el punto de medida. Un ejemplo de aplicación ilustra la precisión para localizar la zona en falla obtenida con la metodología propuesta y en un entorno de simulación. El localizador propuesto suministra información para la prevención y atención oportuna de fallas, requiere de mínima inversión y soluciona la múltiple estimación de los métodos basados en la estimación de la impedancia.

Distributed generation scheme analysis as an option for colombian electrical system

Este artículo presenta un análisis de la pertinencia de la implementación de sistemas de generación distribuida en Colombia. Se exploran diferentes experiencias de adopción de este tipo de esquemas de generación en varios países, haciendo énfasis especial en los resultados económicos, ambientales, y de mejora en la confiabilidad del suministro eléctrico, reportados por diferentes autores. Se presenta también una caracterización del sector eléctrico colombiano, a través de una síntesis histórica de su evolución hasta su estado actual. Finalmente se comparan los casos mostrados con el estado actual del sector eléctrico nacional, definiendo ventajas y desventajas de la implantación de la generación distribuida en Colombia, así como condiciones necesarias para un posicionamiento efectivo y permanente de estas tecnologías en esquemas energéticos similares al colombiano. Se concluye acerca de la posibilidad de implementación de sistemas de generación distribuida bajo condiciones de estímulo estatal para el desarrollo de tecnologías de generación basadas en energías renovables y cogeneración.

This article presents an analysis about the pertinence of the implementation of distributed generation systems in Colombia. Different experiences of this type of generation schemes adopted in several countries are explored, making a special emphasis on the economic and environmental results, and on the improvement of the electrical supply reliability reported by different authors. A characterization of the Colombian electrical sector is made, through an historical synthesis of its evolution until its present state. Finally, a comparison between the described cases and the current state of the national electrical sector is presented, defining advantages and disadvantages of the implementation of distributed generation in Colombia, as well as, conditions for an effective and permanent positioning of these technologies in power schemes similar to those in Colombia. This work concludes with the real possibility for the implementation of distributed generation systems under conditions of government stimulus for the development of generation technologies based on renewable energies and co-generation.

Electricity price forecasting using artificial neural networks

Este trabajo propone un modelo para el pronóstico del precio de la energía eléctrica en Colombia mediante el uso de redes neuronales artificiales. Se utilizan dos estructuras de redes incluyendo como entradas la serie de precios diarios en la primera y la serie de precios más el nivel medio de los embalses en la segunda. Los resultados se comparan con un modelo Autorregresivo Condicional Heterocedástico Generalizado (GARCH) encontrándose ventajas en este último dentro del período de muestreo, pero un mejor desempeño de las redes neuronales en el período fuera de la muestra. Los datos históricos se obtuvieron de la Compañía XM perteneciente al grupo ISA, de los cuales se usan 120 días para entrenamiento y los 31 días del mes siguiente para verificación del pronóstico.

A model for forecasting the electricity price in Colombia using artificial neural networks is proposed in this work. Two neural networks structures including the price series in the first and the price series plus the water reserve levels in the latter are used. The results are compared with a Generalized Autorregresive Conditional Heteroskedastic Model (GARCH) model, which shows better adjustment inside the training period, but the neural networks have better performance forecasting outside the training sample. Historical data was supplied by the Company XM belonging to ISA Group, where 120 days were used as training patterns and the next 31 days were left to test the next month forecast.

Heuristic rules for transforming preconceptual schemas into uml 2.0 diagrams: a C# implementation

Desde mediados de los años noventa se viene gestando una tendencia que busca la generación automática de esquemas conceptuales de UML a partir de lenguajes controlados, empleando para ello reglas heurísticas de transformación. En esta tendencia, aún subsisten algunos problemas: ambigüedad en las reglas, procesos semiasistidos con alta participación de expertos, dificultades en la representación conjunta de estructura y dinamismo del mundo, generación de un solo diagrama y carencia de implementación de algunos trabajos. En este artículo se emplean los denominados Esquemas Preconceptuales como lenguaje gráfico de representación del dominio de una aplicación de software, y se implementan en C# las reglas de conversión de esos esquemas a diagramas de UML 2.0. La implementación en C# elimina la ambigüedad que podrían contener las reglas y permiten la automatización del proceso sin la mediación de expertos. Finalmente, se muestra mediante un caso de estudio el funcionamiento de un prototipo en C# basado en estas reglas.

From the mid-nineties, a new path for automatically generating UML conceptual schemas from controlled languages, by means of heuristic rules, has been proposed. This path still exhibit problems to be solved: ambiguity of heuristic rules, semi-automated expert-participation processes, difficulties in representing structural and dynamic features of the domain, focus on only one diagram, and lack of implementation. In this paper, we employ the socalled Pre-conceptual Schemas as a graphical language for representing the domain of a software application; also, we implement in the C# language the conversion rules from Pre-conceptual Schemas into UML 2.0 diagrams. C# implementation avoids ambiguity of some of the conversion rules; furthermore, C# implementation permits process automation without the need of experts. Finally, we show the functionality of C# rule-based prototype by means of a case study.

Fuzzy Control of velocity for a hydrostatic transmision

Este artículo describe el diseño e implementación de un sistema de control fuzzy de velocidad para una transmisión hidrostática, con una bomba de desplazamiento variable y motor hidráulico fijo del laboratorio de Oleoneumática de la Facultad de Ingenierías Físico-Mecánicas de la UNAB. Este control de velocidad, mantiene constante la velocidad de la transmisión ante diferentes condiciones de carga. Su implementación se realizó usando Labview 7.0 y una tarjeta de adquisición de datos NI 6008USB.

This article describes the design and implementation of a velocity control system for a hydrostatic transmission with a variable displacement pump and fixed motor hidraulic engine of the Oleoneumatic Laboratory at the Faculty of Fisico-mecanicas Engineering of the Universidad Autónoma de Bucaramanga. This control system maintains a constant velocity on the transmission with different loading conditions. It was implemented using Labview 7.0 and a NI6008-USB data acquisition device.

Web services model to snapshot replication over multiple database engines

En este artículo se presenta un modelo de servicios Web para soportar replicación de instantáneas en múltiples motores de bases de datos. Este modelo es abierto y esta compuesto por un conjunto de servicios web , agentes y una consola de administración que permite realizar tareas administrativas en forma independiente de la aplicación y del motor de bases de datos. El modelo usa un catálogo maestro de replicación (CMR) para almacenar los datos de replicación. En el documento, se presenta la arquitectura empleada y el comportamiento del modelo para que el lector adquiera un mejor entendimiento del concepto de replicación de datos. Además, se discuten algunos trabajos de investigación relacionados con los servicios de replicación independientes de los motores de bases de datos.

In this paper, we present a web service model to support snapshots replication in multiple database engines. This model is open and is composed by a set of web services, agents and a manage console that allows to perform administrative tasks independently from the application and the database engines. This model uses a replication master catalog (CMR) to store the replication data. We show the architecture used and the behavior of our replication model to provide a better understanding about the data replication, as well as, discussion of several papers related to the replication services independent from the database engines.

Hierarchical production planning in the flexible job shop

El problema de la planificación y control de la producción se reconoce como un problema complejo dentro de las organizaciones dado que involucra la asignación de recursos escasos para lograr la satisfacción del cliente. Por tanto, es importante desarrollar metodologías que permitan alcanzar estos objetivos. El enfoque jerárquico para la planificación y control de la producción es una aproximación a este problema que se caracteriza por su capacidad de disminuir la complejidad y lograr buenas soluciones con economías de tiempo y requerimientos computacionales. En este artículo se presenta una propuesta jerárquica para resolver el problema de planificación y control de la producción en una configuración productiva del tipo job shop flexible. La solución propuesta, sin llegar a ser óptima dada la clasificación NP-hard del problema referido, es una buena solución tal como se demuestra en su validación.

Production planning and control are complex problems within manufacturing organizations since they consider the assignment of scarce resources to meet customer satisfaction. Therefore, it is important to develop methodologies to achieve this objective. The hierarchical production planning and control is a way to address the problem that can reduce its complexity and reach good solutions in reasonable computational time. In this paper, we present a hierarchical approach to solve the production planning and control problem in a flexible job shop configuration. Although non-optimal, as expected, we obtain good solutions as shown in the validation of the method.