TecnoLógicas

Influence of the pulse wave in the stratification of high density particles in a JIG device

Se estudió el movimiento de partículas sometidas a cuatro perfiles de pulsación en un concentrador gravimétrico, mediante lechos fluidizados pulsados tipo jig, el cual es muy utilizado en la industria minera para la concentración de minerales pesados. Los perfiles de pulsación utilizados en la simulación fueron senoidal, triangular, diente de sierra atrasado y diente de sierra adelantado. Las velocidades locales bidimensionales del campo de flujo de agua se calcularon a partir de las ecuaciones de continuidad y momentum, por medio de técnicas CFD mediante la implementación del algoritmo SIMPLE. El movimiento de las partículas se modela mediante un balance de fuerzas aplicando la segunda ley de movimiento de Newton. Las fuerzas de interacción sólido-líquido se calculan mediante el modelo matemático Euleriano-Lagrangiano, extendido a una suspensión de partículas que poseen distribución amplia de tamaño y densidad. Para analizar el movimiento de las partículas, se deriva una ecuación de trayectoria que muestra la respuesta en el tiempo de las partículas, que incluye las fuerzas de masa virtual, gravedad, gradiente de presión, arrastre y Basset. El estudio mostró que la trayectoria de las partículas es muy sensible a la forma de onda aplicada en la condición de frontera a la entrada de la cámara del jig.

A study of particle motion subjected to four different pulsation profiles on a pulsated fluidized bed jig concentrator was carried out. The profiles used in the simulation were - sinusoidal, triangle, sawtooth-backward and sawtooth-forward. Two-dimensional local velocities of the water flow field were calculated from the continuity and momentum equations by CFD techniques implementing SIMPLE algorithm. The particle motion is modeled by a forces balance applying the Newtons second law of motion. Liquid-solid interactions forces are calculated by the mathematical Euler-Lagrangian model extended to a particle suspension having a wide size and density distribution. To analyze the particle motion in jig, we derived a trajectory equation for the response time of particle that include virtual mass, gravity, pressure gradient, drag and Basset forces. The study demonstrates significant differences in the particle trajectories for various pulsation profiles applied to the boundary condition at the inlet to the jig chamber.

Microstructure and adhesive-cohesive strenght of nickel, tungsten carbide and chromium oxide thermal spray coatings

Se aplicaron cuatro recubrimientos por aspersión térmica por combustión con material de aporte en polvo: dos aleaciones ricas en níquel, un recubrimiento de óxido de cromo y un recubrimiento rico en carburos de tungsteno y partículas de Ni-Cr, sobre acero inoxidable ASTM A743 grado CA6NM. Se estudió la microestructura de los depósitos y la variación en la resistencia adhesivo-cohesiva de las capas de acuerdo con la norma ASTM C633, en función de los parámetros de preparación de la superficie (temperatura de precalentamiento y rugosidad superficial). La caracterización microestructural fue realizada utilizando difracción de rayos X (DRX) y microscopía óptica (MO) y electrónica de barrido (MEB), las mediciones de dureza fueron realizadas de acuerdo con la norma ASTM E384. Los ensayos de resistencia adhesivo-cohesiva fueron realizados bajo norma ASTM C633. Los recubrimientos presentaron microestructuras con niveles de defectos del orden de 8% para capas base y entre 15 y 30% para capas cerámicas, las cuales son aceptables para la técnica empleada. En todos los casos se obtuvieron espesores de capas homogéneos del orden de 0.5 mm. La resistencia adhesivo-cohesiva alcanzó entre 10 y 19 MPa para la mayoría de las capas. Los valores alcanzados de adherencia fueron satisfactorios en la mayoría de los casos y, en términos generales, la resistencia adhesivo-cohesiva incrementó significativamente (mayor al 25%) al modificar los parámetros de preparación de las superficies especialmente para el recubrimiento WC/Co-Ni.

Four thermal spray coatings were applied by oxy-fuel process onto ASTM A743 CA6NM (13Cr-4Ni) steel, namely: two Ni-rich alloys, a chromium oxide and a combined tungsten carbide/Ni-Cr particles coating. The microstructure and adhesive/cohesive strength of the coatings were studied and related to the surface preparation parameters (preheating temperature and surface roughness). The microstructures were studied by X-Ray diffraction (XRD), scanning electron (SEM) and light optical (LOM) microscopy and hardness was measured according to ASTM E384 standard. The adhesive/cohesive strength was measured according to ASTM C633 standard. The microstructure of the coatings showed porosity (8% for bond coatings and from 15 to 30% for ceramic coatings) within acceptable values for flame spraying Homogeneous coating thicknesses of circa 0.5 mm were obtained. Adhesive strength was among 10 to 19 MPa for most of coatings. The coating-substrate adhesive strength was satisfactory in most cases and significant variations (higher than 25%) in adhesive/cohesive strength were induced by changes in surface preparation parameters, especially in the case of WC/Co-Ni coating.

Computational Calculation of the Magnetic Properties of MnO/ZnO Superlattice

En este trabajo se realizaron cálculos por primeros principios basados en la Teoría del Funcional de la Densidad, con el fin de investigar las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de la superred MnO/ZnO en la estructura wurtzita. Se utilizó el método Ondas Plana Aumentadas y Linealizadas Potencial Completo (FP LAPW), tal como está implementado en el código computacional Wien2k. Los efectos de intercambio y de correlación entre los electrones fueron tratados por medio de la Aproximación de Gradiente Generalizado (GGA) de Pedew, Burke y Ernzerhof (PBE). El análisis de las propiedades estructurales muestran que el valor del módulo de volumen es alto, por tanto, esta superred es bastante rígida y es buena candidata para aplicaciones en dispositivos que deban trabajar altas temperaturas, altas potencias y en recubrimientos duros. Los estudios de la densidad estados muestran que la superred posee un comportamiento semimetálicos con polarización de espín en el estado base del 100% y un momento magnético de 5 µβ/atomo-Mn, el estado ferromagnético proviene de la hibridación y polarización de los estados Mn-3d en mayor contribución y de los orbitales O-2p en menor contribución que atraviesan el nivel de Fermi. Debido a esta propiedad la superred puede ser potencialmente usada en espintrónica.

First-principle calculations were performed in order to investigate the structural, electronic and magnetic properties of 1x1 MnO/ZnO superlattice in the wurtzite-type structure. The full-potential linearized augmented-plane-wave (FP-LAPW) method was used, as implemented in the WIEN2k computational code. Exchange and correlation effects are treated using the generalized gradient approximation (GGA) of Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE). The analyze of the structural properties show that the value of the bulk moduli is high, therefore is quite rigid and this feature makes them good candidates for possible application in devices that have to operate at high temperatures, under high power, and in hard coatings. The electronic density studies show that the MnO/ZnO superlattice have a half-metallic behavior with a magnetic spin polarization of 100% and a magnetic moment of 5 µβ/atom-Mn in the ground state. The ferromagnetic state comes from the hybridization of the Mn-3d and O-2p states that cross the Fermi level. This superlattice is a good candidate for spintronic applications.

Performance of clustering techniques for solving multi depot vehicle routing problem

El problema de ruteo de vehículos considerando múltiples depósitos es clasificado como NP duro, cuya solución busca determinar simultáneamente las rutas de un conjunto de vehículos, atendiendo un conjunto de clientes con una demanda determinada. La función objetivo del problema consiste en minimizar el total de la distancia recorrida por las rutas, teniendo en cuenta que todos los clientes deben ser atendidos cumpliendo restricciones de capacidad de depósitos y vehículos. En este artículo se propone una metodología híbrida que combina las técnicas aglomerativas de clusterización para generar soluciones iniciales con un algoritmo de búsqueda local iterada, iterated location search (ILS) para resolver el problema. Aunque en trabajos previos se proponen los métodos de clusterización como estrategias para generar soluciones de inicio, en este trabajo se potencia la búsqueda sobre el sistema de información obtenido después de aplicar el método de clusterización. Además se realiza un extenso análisis sobre el desempeño de las técnicas de clusterización y su impacto en el valor de la función objetivo. El desempeño de la metodología propuesta es factible y efectivo para resolver el problema en cuanto a la calidad de las respuestas y los tiempos computacionales obtenidos, sobre las instancias de la literatura evaluadas.

The vehicle routing problem considering multiple depots is classified as NP-hard. MDVRP determines simultaneously the routes of a set of vehicles and aims to meet a set of clients with a known demand. The objective function of the problem is to minimize the total distance traveled by the routes given that all customers must be served considering capacity constraints in depots and vehicles. This paper presents a hybrid methodology that combines agglomerative clustering techniques to generate initial solutions with an iterated local search algorithm (ILS) to solve the problem. Although previous studies clustering methods have been proposed like strategies to generate initial solutions, in this work the search is intensified on the information generated after applying the clustering technique. Besides an extensive analysis on the performance of techniques, and their effect in the final solution is performed. The operation of the proposed methodology is feasible and effective to solve the problem regarding the quality of the answers and computational times obtained on request evaluated literature.

Odd Harmonic High Order Repetitive Control of Single-Phase PWM Rectifiers: Varying Frequency Operation

Los rectificadores de potencia controlados son dispositivos utilizados con el fin de minimizar la contaminación armónica producida en las redes eléctricas durante el proceso de conversión de la potencia. El objetivo es obtener una corriente de entrada sinusoidal en fase con el voltaje de la red. Aunque es extenso el uso del control Proporcional Integral en el lazo de corriente, no es posible lograr altos desempeños con estos compensadores. Por otro lado, el Control Repetitivo y el Control Resonante son técnicas mediante las cuales se logran resultados excepcionales. La desventaja de estas estrategias de control es la gran pérdida de desempeño en el sistema cuando la frecuencia de la red se desvía de su valor nominal. En este artículo, se propone el uso de un Controlador Repetitivo Impar de Alto Orden para el lazo de corriente del rectificador. Este controlador se diseña para obtener una señal sinusoidal de corriente y rechazar los armónicos impares introducidos en el sistema. Al atacar sólo los armónicos impares, el costo computacional de su implementación resulta muy similar al del controlador repetitivo convencional, con la ventaja de proporcionar robustez ante cambios en la frecuencia de la red. Los resultados experimentales muestran el alto desempeño del compensador aún cuando la frecuencia de la red se desvía del valor nominal de diseño.

Controlled rectifiers are electronic power devices aimed at reducing the harmonic pollution in electrical networks caused by the power conversion process. The main goal is to obtain a sinusoidal shape current in phase with the voltage network. Although Proportional Integral controllers are widely used for the current control loop, they do not provide high performance results. On the contrary, Resonant and Repetitive Control are techniques with remarkable results on this area. However, their main drawback is the lost of performance due to frequency changes in the exogenous signal. In this work, the implementation of an Odd Harmonic High Order Repetitive Controller is proposed for the rectifier current loop. The odd harmonic characteristic of this compensator makes possible to obtain a computational burden that is very similar to the one obtained by conventional repetitive controllers with the advantage of increase the robustness against frequency variations. Experimental results show the high performance obtained even when the network frequency does not match the designed nominal frequency.

Programming by Demonstration of the Sequence of Tightening a Nut Allowing Variations in Tool Position

Se presenta una técnica que permite la programación por demostración de un robot para que ejecute una tarea secuencial o compleja. Se utiliza una combinación de redes de Petri y modelos de mezcla de gaussianas parametrizado en la tarea; con la primera se coordina la secuencia de la tarea, en tanto que la segunda permite variaciones en la posición y orientación de los objetos de la misma. Una técnica de segmentación de tareas, descompone la demostración en subtareas. Con la secuencia de las subtareas, se obtiene una lista de acciones (plan) y con este se genera de manera automática una red de Petri. A la técnica también se le suministran las plantillas modelo de cada subtarea y los modelos de mezcla de gaussianas parametrizados en la tarea de las trayectorias de la subtarea que se quiere que admita variaciones. Una función compara las trayectorias de cada plantilla con las trayectorias repuesta del modelo, y la de mayor similitud indica que en vez de la plantilla, se debe emplear el modelo de mezcla parametrizado. Mediante el uso de un robot de fabricación propia, el cual ejecuta la tarea de tomar, transportar una llave y apretar una tuerca, se ilustra el desempeño de la técnica a través de gráficas.

A technique of programming by demonstration of a robot is proposed. Such a technique allows that a robot execute sequential or complex tasks. It uses a combination of Petri nets and task parameterized Gaussian mixture models. The first one handles the task sequence, while the second one allows variations in the position and orientation of objects involved in the task. Using a segmentation task technique, the demonstration is chunked in subtasks. With the subtasks sequence, an action list or plan is obtained and with this, a Petri net is automatically generate. Models of the templates of each subtasks and task parameterized Gaussian mixture models of the subtask that we want to allow variations are also provide to the technique. A function compare one each of the template trajectory with the task parameterized model response trajectory and the most similar indicate that instead of the template, the task parameterized model is use. Through the use of a homemade robot, which executes the task of tightening a nut, the performance of the technique is illustrated by using figures.

The Use of an Industrial Mineral Waste as Catalyst in the Hydroconversion of Dibenzylether and a Colombian Subbituminous Coal

Un residuo mineral industrial, proveniente de la producción de sulfato de aluminio, se utilizó como precursor para la preparación de un catalizador de bajo costo, activo en reacciones de hidroconversión de dibenciléter, como compuesto modelo de las uniones C-O en el carbón, y de un carbón subbtituminoso colombiano. El residuo mineral y un óxido de hierro comercial (material de referencia) se sometieron a un proceso de sulfuración con el propósito de generar un sulfuro de hierro tipo pirrotita (Fe1-xS), el cual es la fase activa del hierro en reacciones de hidroconversión. Los sólidos se caracterizaron por difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X, espectroscopía Raman y microscopía electrónica de barrido. Las pruebas de actividad catalítica, con el compuesto modelo y el carbón, se realizaron a 5 MPa H2, a temperaturas entre 240 °C y 400 °C y tiempos de reacción de 0,5 h y 1 h. Los resultados mostraron que el residuo mineral industrial fue más activo que el material de referencia y que presentó alta actividad hacia la ruptura de los enlaces C-O en el dibenciléter, siendo estos los enlaces responsables del ensamble de asfaltenos y preasfaltenos en la estructura molecular del carbón. Adicionalmente, la conversión del carbón incrementó significativamente en presencia del residuo mineral sulfurado alcanzando un valor de 83,9 %, valor 1,8 veces mayor que para la reacción sin catalizador, evidenciando el potencial del residuo mineral para ser usado como catalizador en la hidroconversión del carbón, debido a su buena actividad y bajo costo.

An industrial mineral waste produced in the aluminum sulphate industry was selected as a low cost catalyst precursor. This material has been active in dibenzylether hydroconversion, as a model compound of C-O linkages in coal. Besides, it was used in the hydroconversion of a colombian subbituminous coal. The mineral waste and a commercial iron oxide (as reference material) were sulfided in order to produce iron sulfide, pyrrhotite type (Fe1-xS), which is the active phase in hydroconversion reactions. The solids were characterized by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, Raman spectroscopy and scanning electron microscopy. Catalytic tests with the model compound and coal were carried out at 5 MPa of H2, temperatures between 240 °C and 400 °C and reaction times were 0.5 h or 1 h. The results showed a higher activity of the industrial mineral waste compared with the reference material in the dibenzylether C-O bond cleavage. These kind of bonds are responsible for asphalthenes and preasphalthenes assembly in the molecular coal structure. In addition, coal conversion in presence of catalysts was 83.9 %, this value was 1.8 times higher than conversion without catalyst. Results show the potential of the industrial mineral waste to be used as catalyst in the hydroconversion of coal due to its good activity and low cost.

Dried fruit breadfruit slices by Refractive Window™ technique

Una gran cantidad de productos son secados por diversas razones, tales como la preservación, la reducción de peso y el mejoramiento de su estabilidad. Sin embargo, los métodos tradicionales de secado de alimentos sólidos no presentan productos de bajo costo y alta calidad de manera simultánea. A pesar de que existen métodos efectivos de deshidratación de los alimentos como la liofilización, que preserva el sabor, color y las vitaminas, son tecnologías de poca accesibilidad, por lo cual se hacen necesarios procesos alternativos que sean eficientes y económicos. El objetivo de esta investigación fue comparar la cinética del secado de rebanadas de fruto del árbol del pan (Artocarpus communis) mediante la técnica de Ventana Refractiva® (VR) con la de secado en bandeja. Para llegar a cabo este trabajo, se usaron rodajas de 1 y 2 mm de espesor. El secado con VR se realizó con temperatura del baño de agua a 92 °C; y el secado en bandeja a 62 °C y una velocidad del aire de 0,52 m/s. Durante el secado por la técnica de VR, el contenido de humedad llega a niveles más bajos que el secado en bandejas. De igual manera sucede con las muestras de 1 mm, las cuales, por tener menor diámetro alcanzan niveles de humedad inferior que las muestras de 2 mm. Las mayores difusividades se obtuvieron durante el secado por VR en rodajas de 1 y 2 mm con coeficientes de 6,13 y 3,90*10-9 m2/s respectivamente.

A large amount of products are dried due several reasons as preservation, weight reduction and improvement of stability. However, on the market are not offered low-cost and high quality products simultaneously. Although there are effective methods of dehydrating foods such as freeze drying, which preserves the flavor, color and vitamins, they are poor accessibility technologies. Therefore, alternative processes are required to be efficient and economical. The aim of this research was compare drying kinetics of sliced of breadfruit (Artocarpus communis) using the technique of Refractive Window® (VR) with the tray drying. To carry out this study, sliced of 1 and 2 mm thick were used. Refractive window drying was performed with the water bath temperature to 92 °C; and tray drying at 62 °C and an air velocity of 0.52 m/s. During the Refractive window drying technique, the moisture content reached the lower than tray drying levels. Similarly it happened with samples of 1 mm, which, having a smaller diameter reached lower moisture levels than samples 2 mm. The higher diffusivities were obtained during drying sliced VR 1 and 2 mm with coefficients of 6.13 and 3.90*10-9 m2/s respectively.

Graphic User Interface for Molecular Dynamics Simulation of Thin Films

En este trabajo se implementó el software de simulación para la nanoindentación de películas delgadas. El software desarrollado empleó la técnica de Dinámica Molecular. El modelo con el cual opera la interfaz gráfica (software), es un modelo aproximado, que reproduce las tendencias de las curvas características en pruebas de dureza de materiales. Por otro lado, el programa se diseñó y construyó con un entorno amigable, donde el usuario puede construir sus propias películas delgadas, tanto en monocapas como en bicapas. La interfaz permite controlar el espesor de la película, el número de capas y otras propiedades físicas tales como energía de disociación o parámetros de energía en la esfera; además, se puede tener control de los pasos de tiempo de dinámica. Para comprobar el funcionamiento del software se realizaron una serie de simulaciones utilizando los parámetros del cromo como material de referencia. Los resultados obtenidos, demostraron que el software puede reproducir las tendencias y curvas características en pruebas de dureza de materiales. Se espera mejorar este software para que sea una herramienta que permita realizar comparaciones con futuras investigaciones experimentales.

In this work, a software for simulating nanoindentation in thin films was implemented. For the software constructions, the Molecular Dynamics technique was used. The model applied for the graphic interface (software) is an approximation that reproduces the characteristic curves tendencies in test of materials hardness; on the other hand, the software was designed and built in a friendly environment, where the user can develop its own thin films, not only in monolayers, but also in multilayers. This interface allows to control the film thickness, the number of layers and other physical properties as the dissociation energy or the energy parameter in the sphere; furthermore, it is possible to control the steps of the dynamical time. For ensuring the proper working of the software, several simulations using the chromium parameters as the reference material were carried out, reproducing experimental tendencies.