Tecnia

Tuning of automatic voltage regulator and power system stabilizer using particle swarm optimization

RESUMEN Este articulo presenta una nueva técnica de optimización para ajustar simultáneamente los parámetros de los controladores asociados a la regulación de tensión y aumentar la amortiguación de los generadores síncronos. Los parámetros del Regulador Automático de Voltaje (AVR - Automatic Voltage Regulation) y el Estabilizador del Sistema de Potencia (PSS - Power System Stabilizer) se optimizan mediante una modificación propuesta en la técnica de Optimización de Enjambre de Partículas Modificado (MPSO - Modified Particle Swarm Optimization). Para analizar el desempeño de los controladores, se utilizó una función objetivo basada en la respuesta en el tiempo del sistema para una variación en la tensión de referencia de la máquina. Los parámetros obtenidos para AVR y PSS se comparan con los valores calculados por la técnica de ajuste convencional y por la técnica MPSO. Los resultados de la simulación muestran que la técnica propuesta fue eficiente en el ajuste de los parámetros AVR y PSS, destacando su simplicidad, bajo esfuerzo computacional y buenas características de convergencia.

ABSTRACT This paper presents a new optimization technique for simultaneous tuning of the parameters into the controllers associated with the control voltage oscillation and damping in synchronous generators. The parameters of the Automatic Voltage Regulator - AVR and the Power System Stabilizer - PSS are optimized thought a modification proposed in the Modified Particle Swarm Optimization technique (called MPSO - Modified Particle Swarm Optimization). To analyze the performance of the controllers, an objective function was used, based on system time response to a variation in the reference voltage of the machine. The parameters obtained for AVR and PSS are compared with the values calculated by the conventional adjustment technique and by the MPSO technique. The results of the simulation show that the technique proposed was efficient in tuning the AVR and PSS parameters, highlighting its simplicity, low computational strength and good convergence characteristics.

Micromobility integration guidelines proposal in Metropolitan Lima

RESUMEN La micromovilidad, en Lima Metropolitana, presenta una falta de enfoque a nivel de definición, clasificación y competencias, produciendo un desfase normativo e institucional, que no permite una adecuada gestión a las distintas entidades públicas que lo gobiernan. En el presente artículo, como producto de la revisión de los distintos documentos vigentes conforme a manuales, decretos, ordenanzas, entre otras publicaciones correspondientes a los tres (03) niveles de gobierno, así como de entidades internacionales, se identifica, como parte del diagnóstico, cuatro (04) aspectos remarcados referidos a la clasificación y categorización modal, infraestructura, normativo e institucional, e integral. Ante ello, se proponen los Lineamientos para la Integración de la micromovilidad en Lima Metropolitana, en el cual se estructuran sus etapas que son la Conceptualización y caracterización modal, la Catalogación de infraestructura, y la Implementación de una plataforma digital para la gestión de la demanda. De igual manera, se plantean indicadores de gestión y estrategias institucionales estableciendo las principales funciones de los actores de la micromovilidad, como parte de un enfoque integral.

ABSTRACT Micromobility, in Metropolitan Lima, has a lack of focus at the level of definition, classification and competencies, producing a normative and institutional gap, which does not allow an adequate management to the different public entities that govern it. In this article, as a result of the review of the different documents in force according to manuals, decrees, ordinances, among other publications corresponding to the three (03) levels of government, as well as international entities, four (04) aspects are identified as part of the diagnosis, referred to modal classification and categorization, infrastructure, regulation and institutional, and integrated. In view of this, the Integration of Micromobility in Metropolitan Lima Guidelines are proposed, which is composed of the Conceptualization and modal characterization, the Cataloging of infrastructure, and the Implementation of a digital platform for demand management. Similarly, management indicators and institutional strategies are proposed, establishing the main functions of the micromobility actors as part of a comprehensive approach.

Pilot-scale residual sludge dehydration in a convective rotary dryer, Case: Santa Clara wastewater treatment plant Lima, Peru

RESUMEN Esta investigación tuvo como finalidad mejorar la gestión de lodo residual obtenido en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Santa Clara (Lima, Perú), mediante la disminución de su volumen por medio de secado térmico. La reducción de volumen de lodo permitiría reducir sus costos de transporte al relleno sanitario y su posible reutilización como fertilizante. Este estudio fue desarrollado en laboratorio y en un secador a escala piloto dentro de la planta. Dentro de las pruebas iniciales realizadas en laboratorio se determinó las características proximales del lodo, como su contenido de agua (85.90%), sólidos fijos (4.93%) y sólidos volátiles (9.17%). Asimismo, se determinó que el porcentaje óptimo de Ca (OH)2 que se debe adicionar al lodo húmedo es del 9.09% para poder estabilizar la muestra a un 12pH. La deshidratación del lodo a escala piloto se realizó mediante un proceso constituido por un secador convectivo de rotación continua, tanque de agitación, tornillo de alimentación, sistema de calentamiento de aire, colector ciclónico y un lavador de gases. Las variables de proceso analizadas fueron las temperaturas del secador (120°C, 150°C y 200°C) y el tiempo de permanencia del lodo dentro del tambor de secado (20, 40, y 60 minutos). Las pruebas de secado se realizaron con lodo alimentado al tanque de agitación en cantidades de 20 kg, 40 kg y 200 kg. El secado a 200°C y 60 minutos de permanencia del lodo permitió obtener una humedad mínima promedio de 17.74%. En cada corrida se analizó la presencia de Escherichia Coli y Huevo de Helmintos en muestras de lodo antes y después del secado. No se detectó presencia de Huevos de Helmintos ni antes ni después del secado. Las muestras con adición de Ca(OH) 2 mostraron una reducción en la concentración de Escherichia Coli desde un rango de 2.4×103 NMP/1g ST - 1.6×105 NMP/1g ST hasta valores por debajo de 18 NMP/100g ST. Asimismo, el análisis químico en el lodo deshidratado muestra presencia de nutrientes (N, P, C, etc.), sugiriendo su posible uso como fertilizante, pero se recomienda una mayor investigación, debido a la presencia de metales en la muestra.

ABSTRACT This research aims to improve sludge management at Santa Clara wastewater treatment plant (Lima, Peru) by decreasing the sludge volume using a heating dryer. Sludge volume decrease could reduce transport cost to sanitary landfill, and its reuse as fertilizer. This study was developed in laboratory and in a pilot scale heating dyer setup within the wastewater treatment plant. Preliminary tests measured the approximate sludge composition: water (85.90%), non-volatised solids (4.93%), and volatised solids (9.17%). Moreover, the Ca (OH)2 optimum quantity to be added to the sludge was determined as 9.09% to stabilise the sample at 12pH. The pilot scale sludge dehydration was accomplished by a continuous rotational convective dryer, a mixing tank, a screw feeder, an air heating system, a cyclone collector, and a gas scrubber. The assessed process variables were the drying temperature (120°C, 150°C and 200°C) and the sludge retaining time within the dryer drum (20, 40, and 60 minutes). The drying tests were performed by feeding the sludge to the mixing tank, using 20Kg, 40 kg and 200 kg of wet sludge. The drying at 200°C and 60 minutes of sludge retaining time achieved 17.74% average sludge moisture. In each experiment, Escherichia Coli and Helminth eggs were measured before and after drying. No Helminths Eggs in sludge samples before and after drying were detected. Sludge samples containing Ca (OH)2 showed a reduction in Escherichia Coli concentration from 2.4×103 NMP /1 g ST - 1.6×105 NMP/1 g ST range to values lower than 18 NMP /100 g ST. Additionally, chemical analysis in the dehydrated sludge showed presence of nutrients (N, P, C, etc.), suggesting its possible use as a fertilizer, however, it is recommended further research due to metal presence in the sample.

Qualitative analysis and environmental impact from Photovoltaic Energy use: 3 Peruvian study cases

RESUMEN El objetivo del presente trabajo es analizar y dimensionar el impacto ambiental del ciclo de vida del uso de la energía fotovoltaica a través de tres sistemas fotovoltaicos policristalinos ya existentes en el Perú. Para ello, se realizó un balance energético o energy payback time (EPBT) y un dimensionamiento de la huella de carbono que produce cada sistema en su tiempo de vida. En el análisis, se consideró la etapa de fabricación, transporte, instalación y desinstalación de los paneles solares; asimismo, la fabricación de los componentes del Balance del Sistema (BOS) que aportan significativamente en el ciclo de vida de los paneles solares. El primer caso es un grupo de 5 viviendas rurales en Puno que consumen 10 kWh/día, el segundo caso es el sistema fotovoltaico que se encuentra instalado en el techo del Instituto de Ingenieros de Minas del Perú que tiene una capacidad de 20.8 kWp y, el tercer caso es la Central Solar Rubí ubicada en Moquegua, la cual tiene una capacidad de 179.5 MWp. Se obtuvo en los resultados que el EPBT para cada caso es de 4.68, 6.42 y 3.64 años, respectivamente. Del mismo modo, que la huella de carbono que produjeron los sistemas fotovoltaicos fue de 11 tCO2eq, 71.41 tCO2eq y 0.57 MtCO2eq, respectivamente, mediante una herramienta de cálculo propia.

ABSTRACT The objective of this article is to analyze and measure the environmental impact from the photovoltaic energy use through three photovoltaic systems that already exist in Peru. To reach that an energy balance or energy payback time (EPBT) calculation and a carbon footprint sizing was made. For the analysis, the stage of manufacture, transport, installation and uninstallation of solar panels was considered, furthermore, the manufacture of the elements from the Balance of System (BOS) that contribute significantly to the life cycle of the solar panels. The first case is a group of 5 rural houses at Puno that consume 10 kWh/day. The second case is the photovoltaic system that is installed at the Institute of Mining Engineers of Peru roof and has a 20 kWp capacity. The third case is the Rubi Solar Central at Moquegua, which has a 179.5 MWp capacity. The EPBT obtain for the three cases are 4.68, 6.42 y 3.64 years, respectively. In addition, the produce carbon footprint of the photovoltaic systems was 11 tCO2eq, 71.41 tCO2eq y 0.57 MtCO2eq, respectively, through an own calculation tool.

Estimation of the Soil-Water characteristic curve in sandy soils using the filter paper test

ABSTRACT The mechanics of unsaturated soils is strongly related to the suction phenomenon that occurs between the solid particles of the soil, which changes when the water content of the soil does not remain constant. The Soil Water Characteristic Curve (SWCC) provides information related to soil suction and water content. Various direct and indirect methods can be used to obtain such a curve. In this research, the SWCC for sands is obtained by implementing the filter paper test for this type of soil. For this, three samples of sandy soils from Lima - Peru (relative density between 20% and 60%) were tested following the wet path of the curve. The samples were stored for at least seven days until equilibrium was reached. In this way, discrete points of SWCC were obtained. SWCC equations such as those of Brooks and Corey (1964), Van Genuchten (1980), and Fredlund and Xing (1994) were used to fit the data and obtain their respective parameters for sandy soils. The results show that the filter paper test can be used to obtain the SWCC of sandy soils; and that the matric suction of sandy soils can be obtained by this method in a period of seven days, while a longer storage time may be required to reach equilibrium to obtain the total suction for these soils.

RESUMEN La mecánica de los suelos no saturados está fuertemente relacionada con el fenómeno de succión que se produce entre las partículas sólidas del suelo, el cual cambia cuando el contenido de agua del suelo no se mantiene constante. La curva característica del agua del suelo (SWCC) proporciona información relacionada con la succión del suelo y el contenido de agua. Se pueden utilizar varios métodos directos e indirectos para obtener dicha curva. En esta investigación se obtiene el SWCC para arenas implementando la prueba de papel filtro para este tipo de suelo. Para ello se ensayaron tres muestras de suelos arenosos de Lima - Perú (densidad relativa entre 20% y 60%) siguiendo la trayectoria húmeda de la curva. Las muestras se almacenaron durante al menos siete días hasta que se alcanzó el equilibrio. De esta forma se obtuvieron puntos discretos de SWCC. Se utilizaron ecuaciones SWCC como las de Brooks y Corey (1964), Van Genuchten (1980) y Fredlund y Xing (1994) para ajustar los datos y obtener sus respectivos parámetros para suelos arenosos. Los resultados muestran que la prueba del papel filtro se puede utilizar para obtener el SWCC de suelos arenosos; y que la succión matricial de los suelos arenosos puede obtenerse por este método en un período de siete días, mientras que puede requerirse un mayor tiempo de almacenamiento para alcanzar el equilibrio para obtener la succión total de estos suelos.

On seismic slope displacement estimation methods, procedures, comparison and application

RESUMEN La metodología en el diseño sísmico de taludes ha evolucionado con el avance tecnológico y el desarrollo de la ingeniería geotécnica. Desde métodos con grandes limitaciones como el análisis pseudoestático hasta méto-dos rigurosos que requieren mucha información para una mejor comprensión del comportamiento del suelo como el análisis dinámico. En este artículo se desarrolla el procedimiento, comparación y aplicación de los métodos para estimar los des-plazamientos sísmicos, que son el Newmark [1], Sarma [2], Makdisi & Seed [3] and Bray, Macedo & Travasarou [4]. Cada uno de estos métodos considera los criterios característicos para obtener desplazamien-tos permanentes, tales como aceleración de fluencia, periodo degradado, aceleración espectral, magnitud, etc. Como caso aplicativo, se muestra una presa de enrocado y núcleo central de 50 m de altura emplazada en es-tratos de areniscas y depósitos morrénicos intercalados con intrusiones de lutitas, como escenarios sísmicos se utilizaron el terremoto de Lima 1974, el terremoto de Atico 2001 y el terremoto de Pisco 2007, considerando las direcciones NS y EW. Asimismo, se considera como información el espectro de respuesta en la base de la su-perficie de falla, resultante de un análisis de respuesta sísmica no lineal de 3 columnas de la presa. Se aplicaron los métodos de Newmark [1], Sarma [2], Makdisi & Seed [3] and Bray, Macedo & Travasarou [4], obteniéndose resultados de deformación entre 1 y 30 cm que de acuerdo a su orden de magnitud representan una condición estable para la presa.

ABSTRACT The methodology in the seismic design of slopes has evolved with technological advancement and the development of geotechnical engineering. Since methods with great limitations such as pseudo-static analysis to rigorous methods that require a lot of information for a better understanding of the behavior of the soil such as the dynamic analysis. This article develops the procedure, comparison, and application of methods for estimating seismic displacements, which are the Newmark [1], Sarma [2], Makdisi & Seed [3] and Bray, Macedo & Travasarou [4]. Each of these methods considering the criteria of each one to obtain permanent displacements, such as yield acceleration, degraded period, spectral acceleration, magnitude, etc. As an applicative case, a rockfill dam and core central 50 m high placed in sandstone strata and moraine deposits interspersed with shale intrusions is shown, as seismic scenarios the Lima 1974 earthquake, the Attic 2001 earthquake and the earthquake were used. of Pisco 2007, considering both NS and EW directions. Likewise, the response spectrum on the base of the failure surface, resulting from a nonlinear seismic response analysis from 3 columns in the dam, is considered as information. The methods of Newmark [1], Sarma [2], Makdisi & Seed [3] and Bray, Macedo & Travasarou [4] were applied, obtaining deformation results between 1 to 30 cm that according to their order of magnitude represent a stable condition for the dam.

In the challenge of earthquake response prediction by neural network approach

ABSTRACT Since the decade of the 1990 neural networks algorithms have been used for compute approximate solutions for different problems in engineering. In the building behavior against loads is important to know its response. The behavior during earthquakes and the estimation of the response is quite difficult to compute due to the nonlinearity of geometry and material properties. Neural networks approach is a powerful tool for computing the response of structures with an appropriate learning process from big data of structural components. Even if some material parameters are unknown, learning on a neural network will be possible and will provide an estimation using collect information from experience and learning. To make a learning process in this paper, we present a simple algorithm of back propagation implemented in python programming language where the output shows the decrease of the error and how the response start to learn from the beginning until the end of the process. The results show good agreement between the learning data set and predicted response after the neural network learning.

RESUMEN Desde la década de 1990, los algoritmos de redes neuronales se han utilizado para calcular soluciones aproximadas para diferentes problemas de ingeniería. En el comportamiento de la edificación frente a las cargas es importante conocer su respuesta. El comportamiento durante los terremotos y la estimación de la respuesta es bastante difícil de calcular debido a la no linealidad de la geometría y las propiedades del material. El enfoque de redes neuronales es una herramienta poderosa para calcular la respuesta de estructuras con un proceso de aprendizaje apropiado a partir de grandes datos de componentes estructurales. Incluso si se desconocen algunos parámetros materiales, el aprendizaje en una red neuronal será posible y proporcionará una estimación mediante la recopilación de información de la experiencia y el aprendizaje. Para realizar un proceso de aprendizaje en este artículo, presentamos un algoritmo simple de propagación hacia atrás implementado en el lenguaje de programación python donde la salida muestra la disminución del error y cómo la respuesta comienza a aprender desde el principio hasta el final del proceso. Los resultados muestran una buena concordancia entre el conjunto de datos de aprendizaje y la respuesta prevista después del aprendizaje de la red neuronal.

Palabras clave: mampostería confinada, redes neuronales, respuesta de edificios, respuesta dinámica a terremotos.