Tecnura

EDITORIAL

Estimate of wave energy potential dissipation of submerged and floatable offshore structures

RESUMEN Contexto: Los fenómenos erosivos en las playas del Caribe colombiano tienen repercusiones negativas sobre la población, razón por la cual se decidió evaluar diferentes propuestas de estructuras para la protección costera. Se realizó un análisis comparativo entre arrecifes artificiales y estructuras flotantes mediante modelación CFD para condiciones típicas del Caribe colombiano con el objetivo de establecer cuál estructura presenta mejor comportamiento. Métodos: Se utilizó el software Flow3D para evaluar cinco estructuras básicas sumergidas, configuraciones grupales de éstas y una placa flotante, en dos profundidades de lámina de agua y dos escenarios de altura de ola. Resultados: Se estableció el efecto de la profundidad y de la geometría en el flujo para las estructuras básicas y las grupales, así como los campos de velocidad y esfuerzos cortantes presentes en éstas. Para la estructura flotante sólo se analizó el efecto de la profundidad. Conclusiones: Se encontró que las estructuras que presentan el mejor comportamiento son el prisma triangular para las básicas y el grupo de cubos para las grupales. La estructura cónica es aquella con el peor comportamiento para ambas condiciones. La estructura flotante funciona mejor cuando está más cerca de la superficie y, para la misma profundidad, la configuración grupal de cubos tiene un mejor comportamiento que la estructura flotante.

ABSTRACT Context: The erosive phenomenon on beaches of the Colombian Caribbean has negative repercussions over the people, which is why we decided to analyze different proposals for structures for coastal protection. In order to establish under which conditions each structure works best, a comparative analysis between artificial reefs and floatable structures was made with CFD modeling. Method: The Flow3D software was used to evaluate, in two depths of water sheet and two wave height scenarios, five submerged basic structures, group configurations of these basic structures, and a floating plate. Results: The effect of depth and geometry on the flow was established for the basic and group structures, as well as the velocity and shear stress fields present for each case. For the floating structure, only the effect of depth was analyzed. Conclusions: It was found that the structures that show the best behavior are the triangular prism (for the basic structures) and the cubes (for the group structures); while the conical structure presents the worst behavior in both conditions. Additionally, the floating structure works best when it is closer to the surface while, for the same depth, the group configuration of cubes has a better behavior than the floating structure.

Definition of the uncertainty of the aflatoxin analysis method by HPLC in raisins

RESUMEN Contexto: En este trabajo se presenta la determinación de las incertidumbres de los métodos de análisis de aflatoxinas B1, B2, G1 y G2 en pasa de uva por HPLC-FLD. La incertidumbre de un método es uno de los parámetros requeridos por la norma IRAM 301-ISO/IEC 17025:2005, de aplicación en la República Argentina y acreditada por el Organismo Argentino de Acreditación (OAA). Forma parte de la validación del método analítico. Es un requisito necesario para ampliar el alcance de acreditación del Laboratorio de Análisis de Productos Regionales de Ingeniería Química (LAPRIQ), perteneciente al Instituto de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de San Juan. Metodología: El procedimiento utilizado es el denominado bottom up, basado en una sucesión de etapas de cálculo que tienen en cuenta los errores provenientes de cada una de las operaciones analíticas descompuestas en actividades primarias. La etapa inicial consiste en la identificación de las fuentes de error que pueden afectar el resultado del análisis. Se tomño como base para la determinación de las fuentes de error, y su incidencia en la incertidumbre final del proceso, el procedimiento de espina de pescado de Ishikawa. Definidos los factores que suman al error en la medición, se realizaron todos los ensayos de calibración del HPLC, índice de recuperación y verificación del instrumental para la determinación de la incertidumbre estándar de los subcomponentes. Se calculó luego la incertidumbre combinada teniendo en cuenta los aportes individuales. Posteriormente se sumaron las incertidumbres combinadas, ponderadas según la importancia de su contribución a través del coeficiente de sensibilidad. Por último, se determinó la incertidumbre expandida usando un factor de cobertura K = 2, que implica un porcentaje de confianza del 95 %. Con este factor se puede esperar que se incluya la mayor fracción de la distribución de los valores atribuidos al mesurando. Resultados: Se detectaron seis fuentes de error, correspondientes a las mediciones de: masa de la muestra, volúmenes de extracción, elución y alícuota para clean up, detección en HPLC e índice de recuperación del método. Las incertidumbres expandidas calculadas de las cuatro aflatoxinas son AFB1= 0,7mg/kg, AFB2= 0,2mg/kg, AFG1 = 0,9 mg/kg y AFG2 = 0,3 mg/kg. Conclusiones: Los valores de las incertidumbres expandidas se informan en el certificado de análisis, junto con el resultado del ensayo por HPLC, como una de las pruebas de la validación del método.

ABSTRACT Objective: This work presents the definition of uncertainties for the methods of analysis of aflatoxins B1, B2, G1 and G2 in raisins by HPLC-FLD. The uncertainty of a method is one of the parameters required by the norm IRAM 301-ISO/IEC 17025:2005Standard, applicable in the Argentine Republic and accredited by the Argentine Accreditation Organism (OAA), and forms part of the validation of analytical methods. In addition, it is a necessary requirement to expand the scope of accreditation of the Laboratory of Analysis of Regional Products of Chemical Engineering (LAPRIQ, by the name in Spanish), belonging to the Institute of Chemical Engineering of the National University of San Juan. Methodology: The procedure used is called “Bottom up”, based on a succession of calculation that take into account errors from each of the analytical operations decomposed in primary activities. For the initial stage, sources of error that can affect the result of the analysis were identified. The Ishikawa's fishbone procedure was used as a basis for determining the sources of error and their incidence in the final uncertainty of the process. Once the factors that add up to the error in the measurement were defined, all the HPLC calibration tests were performed. Second, the combined uncertainties were added, weighted according to the importance of their contribution through the sensitivity coefficient. Finally, the expanded uncertainty was determined using a coverage factor K = 2, which implies a confidence percentage of 95%. With this factor we can expect to include the largest fraction of the distribution of the values attributed to the measurand. Results: Six sources of error were detected and correspond, on the one hand, to the mass measurements of the sample, extraction volumes, elution, and aliquot for “clean up” and, on the other, HPLC detection and recovery rate of the method. The calculated uncertainties for the four aflatoxins are AFB1= 0.7 mg/kg, AFB2= 0.2 mg/kg, AFG1 = 0.9 mg/kg y AFG2 = 0.3 mg/kg. Conclusions: The values of the expanded uncertainties are reported in the certificate of analysis, along with the result of the HPLC test, as one of the tests of the validation of the method validation.

Control, supervision, and mathematical representation of an anaerobic digestion process for biomass of bovine ruminal content

RESUMEN Contexto: En Colombia, el contenido rumial bovino (CRB) es vertido generalmente a los cauces de agua y campos a cielo abierto y, dada su alta carga orgánica, su disposición final representa una amenaza de tipo ambiental, económica y social. A la fecha, es limitada la implementación de tecnologías que permitan reducir el impacto debido en parte a la escasa caracterización del CRB, información que es requerida para la construcción de modelos matemáticos de digestión anaerobia que expliquen la reducción de este bio-sólido; por otro lado, la restringida aplicación de sistemas de control y supervisión enfocados a la generación de subproductos con potencial aprovechamiento energético también constituye un motivo. Objetivo: Documentar los métodos utilizados en el desarrollo de un sistema de control y supervisión de temperatura y presión para un biodigestor discontinuo a escala de laboratorio con biomasa CRB. Métodos: Se realizó la implementación de un sistema de adquisición distribuida de señales y una interfaz de servidor web; se identificó un modelo dinámico correspondiente al comportamiento del sistema de digestión anaerobia para esta biomasa CRB. Resultados: Se logró caracterizar, mediante gravimetría y calorimetría, variables asociadas al sistema de digestión anaerobia con CRB. Frente al control, el controlador on-off mantuvo la presión del gas en el rango deseado y el controlador PI garantizó la temperatura deseada del proceso. Conclusión: Fue posible generar biogás a partir de biomasa CRB desde esquemas básicos de caracterización, supervisión y control del proceso.

ABSTRACT Introduction: In Colombia, bovine ruminal content (BRC) is generally poured into water courses and open fields and, given its high organic load, its final disposal represents an environmental, economic, and social threat. To date, the implementation of technologies that reduce the impact is limited. This is due, on the one hand, to the scarce characterization of the BRC, which is required for the construction of mathematical models of anaerobic digestion that explain the reduction of this bio-solid; and on the other hand, to the restricted application of control and supervision systems focused on the generation of by-products with potential use. Aim: To document the methods used in the development of control and monitoring system ot temperature and pressure, for a discontinuous bio-digester at laboratory scale with biomass BRC. Methods: The implementation of a distributed signal acquisition system and a web server interface were carried out; additionally, a dynamic model corresponding to the behavior of the anaerobic digestion system for this BRC biomass was identified. Results: Using gravimetry and calorimetry, it was possible to characterize variables associated with the anaerobic digestion system with BRC. As for the control, the on-off controller kept the gas pressure in the desired range and the PI controller guaranteed the desired temperature of the process. Conclusion: It was possible to generate biogas from biomass BRC from basic schemes of characterization, supervision, and control of the process.

Regionalization of equations to calculate curves of intensity, duration and frequency using isoline maps in the department of Boyacá

RESUMEN Contexto: Para el diseño de la mayoría de obras civiles resulta necesario contemplar el factor hidrológico dentro de los estudios o diseños correspondientes al proyecto. En el caso de Colombia, se cuenta con una amplia red hidrometeorológica, administrada por distintas entidades que brindan una completa cobertura del país para el registro y cuantificación de los fenómenos hidrológicos. No obstante, la información correspondiente no se encuentra procesada, como en el caso particular de las curvas de Intensidad, Duración y Frecuencia (IDF) y por esto cuando no se dispone de dichas curvas IDF, se recurre a métodos alternativos poco precisos para su estimación, o sencillamente se utiliza una ecuación aplicable a otras regiones cercanas, por lo cual se desarrollan cálculos poco acertados, dadas las diferencias meteorológicas entre regiones. Método: Con el fin de dar una solución favorable al problema planteado, se desarrolla la investigación expuesta en este artículo, desarrollando un modelo práctico y preciso que permita definir la ecuación que relacione las variables IDF para cualquier punto dado dentro del área de estudio. Esta investigación considera el departamento de Boyacá, aprovechando sus cualidades geográficas y meteorológicas, que lo hacen la zona más adecuada para adelantar el estudio. No obstante, lo desarrollado en esta publicación es aplicable y puede repetirse para las demás regiones del país, como se espera, mediante otros proyectos. Resultados: El método de las isolíneas fue el modelo aplicado para la regionalización de las curvas IDF del departamento de Boyacá, gracias a la bondad de los resultados presentados en su aplicación y a la facilidad en su uso final. Se encuentra que existe una relación entre los parámetros que describen una ecuación IDF y su ubicación geoespacial, por lo cual posible regionalizar curvas IDF mediante el uso de mapas de isolíneas cuyo desarrollo se presenta en este artículo. Mediante prueba de validación cruzada se encontró que el error, entre un valor real convencionalmente calculado, y un valor extraído de los mapas de regionalización, se encuentra alrededor del 10%. Conclusiones: Se demostró la efectiva aplicabilidad del método de isolíneas, en la regionalización de curvas IDF, con un alto nivel de certeza. Con los resultados se garantiza la posibilidad de determinar las constantes que describen la ecuación de las relaciones IDF, para cualquier punto del territorio del departamento de Boyacá. Este método, además de garantizar una buena confiabilidad, se distingue por ser bastante sencillo en su aplicación de manera independiente a variables diferentes a la ubicación geoespacial del punto de análisis.

ABSTRACT Context: For the design of civil works, it is necessary to contemplate the hydrological factor within the studies or designs corresponding to the project. In particular, Colombia has an extensive hydrometeorological network, managed by different entities that provide a complete coverage of the country for the registration and quantification of hydrological phenomena; however, the corresponding information is not processed (for example, Intensity, Duration, and Frequency curves [IDF]). When this information is not available, inaccurate methods are used for its their estimation, or an equation applicable to other nearby regions is used; hence, inaccurate calculations are developed given the meteorological differences between regions. Method: In order to give a favorable solution to the problem posed, the research presented in this article develops a practical and precise model that allows to define the equation that relates the IDF variables for any given point within the study area. This investigation considers the department of Boyacá, taking advantage of its geographical and meteorological qualities, which make it the most suitable area to carry out the study. However, what is developed in this publication is applicable and can be repeated for the other regions of the country, as expected, through other projects. Results: The isoline method was applied for the regionalization of the IDF curves of the department of Boyacá, due to the precision of the results and its ease of use. It is found that there is a relationship between the parameters that describe an IDF equation and its geospatial location, so it is possible to regionalize IDF curves by using isoline maps (the development is presented in this article). By means of a cross validation test, it was found that the error between a real value conventionally calculated and a value extracted from the regionalization maps is around 10%. Conclusions: The effective applicability of the isolines method in the regionalization of IDF curves with a high level of certainty was demonstrated. With the results, the possibility of determining the constants that describe the equation of the IDF relationships for any point of the territory of the department of Boyacá is guaranteed. This method, in addition to guaranteeing good reliability, is distinguished by being quite simple in its application independently to variables other than the geospatial location of the analysis point.

CFD numerical simulation of the control structure and the radial gate system - El Quimbo dam

RESUMEN Contexto: Describir matemáticamente el comportamiento hidráulico en estructuras de control conlleva a ecuaciones diferenciales acopladas no lineales, las cuales no cuentan con solución analítica en la mayoría de los problemas de ingeniería. No obstante, es posible obtener soluciones aproximadas a partir del método de volúmenes finitos (FVM). Este método convierte un medio continuo con variables infinitas en un medio discreto con geometrías establecidas y condiciones de contorno determinadas. Método: Se desarrolló un modelo numérico en 2D sin considerar el efecto de las pilas y los estribos en el azud, a escala 1:70, bajo condiciones de flujo permanente de la estructura de control y del sistema de compuertas radiales de la represa El Quimbo, a partir de la implementación el software Ansys Fluent 17.0. El análisis hidrodinámico de la estructura se realizó bajo condiciones de superficie libre y con diferentes cargas hidráulicas, para aperturas de 704 msnm, 706,9 msnm, 709,4 msnm, 712 msnm y 724,6 msnm Posteriormente, se validó el modelo numérico a partir de la comparación de los resultados numéricos con los datos teóricos realizados por Ingetec y los datos de las pruebas realizadas en el modelo físico desarrollado por la Universidad Nacional de Colombia (sede Manizales). Resultados: Para un periodo de retorno de 100 años, el modelo numérico estimó una lámina de 0,0306 m que corresponden a 2,143 m en la estructura El Quimbo. Con esta disposición, ingresó al volumen de control un total de 80,7996 L/s y salieron 80,7324 L/s, originando una variación de caudal de 0,08316 %. La mayor variación de lámina de agua del modelo numérico con respecto a la lámina observada es de 3,1 % (0,258 m), la cual corresponde a la creciente máxima probable para una apertura de compuertas con cota (724,6 msnm) y con una descarga de 290 L/s. De igual forma, las mayores velocidades desarrolladas por el flujo en el vertedero se originan en la salida del deflector, correspondiente a la abscisa K0+ 5,19 m. Según el modelo numérico, se determinó que el impacto del chorro en el canal se hace con una velocidad máxima de 6,15 m/s. Conclusiones: La relación entre la carga hidráulica con respecto a la carga de diseño no debe superar 1,33, lo cual a su vez concuerda con lo recomendado por la USBR. Asimismo, la condición de cavitación encontrada en la rápida puede ser considerada cavitación incipiente. En el diseño de vertederos, la relación H/HD incide de manera directa en la aparición de fenómenos de cavitación sobre la estructura, en el desarrollo de altas velocidades en la rápida, en el deflector y en la capacidad de descarga del vertedero.

ABSTRACT Context: Describing mathematically the hydraulic behavior in control structures leads to nonlinear coupled differential equations, which do not have analytical solution in the majority of engineering problems. However, it is possible to obtain approximate solutions from the finite volume method (FVM). This method converts a continuous medium with infinite variables into a discrete medium with established geometries and certain boundary conditions. Methods: Using the Ansys Fluent 17.0 software, a 1:70 scale 2D numerical model was developed without considering the effect of stacks and abutments on the weir under permanent flow conditions of the control structure and the radial gate system of the El Quimbo dam. The hydrodynamic analysis of the structure was carried out under free surface conditions and with different hydraulic loads, for openings of 704 meters above sea level, 706.9 meters above sea level, 709.4 meters above sea level, 712 meters above sea level and 724.6 meters above sea level. Subsequently, the numerical model was validated based on the comparison between the numerical results and the theoretical data made by both Ingetec and the tests in the physical model developed by the National University of Colombia in Manizales. Results: For a return period of 100 years, the numerical model estimated a sheet of 0.0306 m corresponding to 2,143 m in the El Quimbo structure. With this arrangement, 80.7996 Liters per second entered the control volume and 80.7324 Liters per second left, giving rise to a variation of 0.08316%. The largest water sheet variation of the numerical model with respect to the observed sheet is 3.1% (0.258 m), which corresponds to the increasing probable maximum for an opening of gates with elevation (724.6 m) and with a discharge of 290 L/s. Similarly, the higher speeds developed by the flow in the landfill originate at the exit of the deflector, corresponding to the abscissa K0 + 5,19 m. According to the numerical model, it was determined that the impact of the jet in the channel is made with a maximum speed of 6.15 m/s. Conclusions: The relation between the hydraulic load with respect to the design load must not exceed 1.33, which agrees with that recommended by the USBR. Also, the cavitation condition found in the fast can be considered incipient cavitation. In landfill design, the H/HD ratio directly affects the appearance of cavitation phenomena on the structure, the development of high velocities in the fast, the deflector, and the discharge capacity of the landfill.