Tecnia

Development of a pneumatic centrifugal concentrator for the dry processing of ultrafine particles of auriferous minerals: design of the prototype

RESUMEN El objetivo del presente trabajo es el diseño de un prototipo de concentrador centrífugo neumático que permita a la minería de pequeña escala que se desarrolla en lugares desérticos y aislados, procesar in situ, de manera limpia, sin uso de agua y reactivos químicos, minerales auríferos ultrafinos. Se aplicó un modelo matemático basado en el análisis físico-fenomenológico del mecanismo de separación de sedimentación diferencial en una película de fluido de flujo laminar, para determinar la trayectoria de las partículas en el interior del tazón del concentrador centrífugo en función de las variables de geometría del tazón, variables de operación y características físicas de la partícula y fluido. Las simulaciones realizadas mostraron un efecto notable del uso de aire en vez de agua sobre la trayectoria de las partículas dentro de la película de fluido. Los resultados también mostraron que la capacidad del concentrador para la separación de partículas por diferencia de densidades más que por diferencia de tamaños, se favoreció al aplicar bajas velocidades de rotación, altos caudales de alimentación de aire y para tamaños de partícula en el rango ultrafino (< 40 μm). El prototipo construido permitirá realizar pruebas experimentales a nivel de laboratorio que complementen la compresión del proceso y afinar el diseño del concentrador.

ABSTRACT The objective of this work is the design of a prototype of a pneumatic centrifugal concentrator that allows small-scale mining that takes place in desert and isolated places, to process ultrafine gold minerals in situ, cleanly, without the use of water and chemical reagents. A mathematical model based on the physico-phenomenological analysis of the differential sedimentation separation mechanism was applied in a film of laminar flow fluid, to determine the particle trajectory inside the bowl of the centrifugal concentrator as a function of the variables of bowl geometry, operating variables and physical characteristics of the particle and fluid. The simulations carried out showed a remarkable effect of the use of air instead of water on the trajectory of the particles within the fluid film. The results also showed that the capacity of the concentrator for the separation of particles by density difference rather than by size difference, was favored when applying low rotation speeds, high air feed rates and for particle sizes in the ultrafine range (< 40 μm). The prototype built will allow to carry out experimental laboratory tests that complement the understanding of the process and refine the design of the concentrator.

Development of an experimental model of a solar-wind chimney for electrical supply

RESUMEN Se desarrolló un modelo experimental de una chimenea solar eólica para suministro eléctrico, seleccionando el espacio geográfico. A continuación, realizamos un estudio para determinar los parámetros ambientales, eólicos y solares usando los visores del MINEM; teniendo como punto de partida los recursos energéticos renovables se pre-dimensionó a fin de garantizar viabilidad económica, técnica del modelo. Se aplicó la teoría de similitud usando referentes plantas construidas, marcando la diferencia de agregar dos subsistemas adicionales uno eólico y otro fotovoltaico a fin de darle mayor autonomía; el subsistema eólico en la parte superior y el subsistema fotovoltaico parte exterior y central del colector. Se realizó el modelamiento fluido térmico en el colector considerando el volumen de control diferencial aplicando las ecuaciones de transporte de Reynolds, masa, momento y energía usando aproximaciones Bousnik para determinar la evolución de la presión, densidad y temperatura trabajando con un modelo simplificado. Luego se realizó la simulación en Matlab y se obtuvieron resultados satisfactorios del modelo. Se diseño los componentes de la chimenea considerando la facilidad de transporte, manipulación ensamble. Paralelamente se diseñó el subsistema eólico conformado por dos eólicas. Luego se instaló el sistema centralizado de acumulación, regulación. Se cumplió el objetivo de desarrollar el modelo integral autosuficiente considerando 3 subsistemas de aporte, en el colector se obtuvieron gradientes de temperatura significativos, pero no suficientes por el mes de experimentación, ello no generó suficiente gradiente para el funcionamiento de la turbina térmica. Los subsistemas fotovoltaicos y eólicos trabajaron de acuerdo a lo esperado.

ABSTRACT An experimental model of a solar wind chimney for electricity supply was developed, selecting the geographic space. Then, we conducted a study to determine the environmental, wind and solar parameters using the MINEM viewers; taking as a starting point the renewable energy resources, we pre-dimensioned in order to guarantee the economic and technical feasibility of the model. The theory of similarity was applied using constructed plants referents, making the difference of adding two additional subsystems, one wind and the other photovoltaic, in order to give it greater autonomy; the wind subsystem in the upper part and the photovoltaic subsystem in the external and central part of the collector. The thermal fluid modeling was performed in the collector considering the differential control volume applying the Reynolds transport equations, mass, momentum, energy using Bousnik approximations to determine the evolution of pressure, density and temperature working with a simplified model. The simulation was then performed in Matlab and satisfactory results were obtained from the model. The components of the chimney were designed considering the ease of transport, handling and assembly. At the same time, the wind subsystem was designed, consisting of two wind turbines. Then, the centralized accumulation and regulation system was installed. The objective of developing the integral self-sufficient model was achieved considering 3 input subsystems, in the collector significant temperature gradients were obtained, but not enough for the month of experimentation, this did not generate enough gradient for the operation of the thermal turbine. The photovoltaic and wind subsystems worked as expected.

Proposal of a postal quality control system for the treatment planning system in teletherapy using Osl nanodot dosimeter

RESUMEN Objetivo: Implementar un Sistema Postal de Control de Calidad para verificar el Sistema de Planificación de Tratamiento en Teleterapia usando dosímetros Al2O3 :C, basados en la tecnología de luminiscencia ópticamente estimulada (OSL-Optically Stimulated Luminescence), comercialmente conocidos como OSLD nanoDotTM. Materiales y Métodos: Se utilizó un maniquí que contiene dosímetros OSLD nanoDotTM, (Al2O3 :C), previamente caracterizados y calibrados para la energía de un haz de rayos x de 6.0 MV generados en un acelerador lineal, los valores de dosis absorbida fueron medidos con: una cámara de ionización Semiflex, electrómetro PTW - Freigburg, geometrías 3D de radiación, tales como: Geometría simple (campo abierto a 0º y 25º), Geometría compleja (tres campos abiertos a 0º, 90º y 270º) y Geometría combinada (campo y diversas variaciones de giro de Gantry), utilizando campos cuadrados (6cm2), circulares (diámetro 6cm), oblicuos (6cm x 6cm) e Irregulares, pesos iguales y filtros de cuña virtual en diferentes regiones del haz de fotones. Resultados: Los valores de la caracterización de los OSLD nanodot fueron: homogeneidad (0.9999), por desvanecimiento en el tiempo (0.9989), por corrección de agotamiento (0.9985), de reproducibilidad (0.9953), por dependencia angular (0.9925) y por linealidad (1.0000) para un rango de dosis absorbida 100cGy a 200cGy. Las evaluaciones en las diferentes regiones del haz, en medio homogéneo, fueron las siguientes: Geometría simple (Incertidumbre: 3.01%), Geometría compleja (Incertidumbre: 2.16%) y Geometría Combinada (Incertidumbre: 2.62%) Conclusiones: Los resultados obtenidos se encuentran dentro de los valores de tolerancia, concluyendo que así el OSLD nanoDot TM es un dosímetro altamente confiable, además de su conveniencia en su integración en un programa de auditoria dosimétrica postal.

ABSTRACT Objective: To implement a Postal Quality Control System to verify the Treatment Planning System in Teletherapy using Dosimeters Al2O3 :C, based on optically stimulated luminescence (OSL), commercially known as OSLD nanoDotTM. Materials and Methods: A mannequin containing OSLD nanoDot TM dosimeters, (Al2O3 :C), previously characterized and calibrated for the energy of a 6.0 MV x-ray beam generated in a linear accelerator, the absorbed dose values were measured with: a Semiflex, ionization chamber, PTW - Freigburg electrometer, 3D radiation geometries, such as: Simple geometry (open field at 0º and 25º), Complex geometry (three open fields at 0º, 90º and 270º) and Combined geometry (field and various variations of Gantry rotation), using square fields (6cm2), circular (diameter 6cm), oblique (6cm x 6cm) and Irregular, equal weights and virtual wedge filters in different regions of the photon beam. Results: The values of the characterization of the nanodot OSLD were: homogeneity (0.9999), by fading over time (0.9989), by correction of depletion (0.9985), of reproducibility (0.9953), by angular dependence (0.9925) and by linearity (1.0000) for a range of absorbed doses 100cGy to 200cGy. The evaluations in the different regions of the beam, in homogeneous medium, were the following: Simple geometry (Uncertainty: 3.01%), Complex geometry (Uncertainty: 2.16%) and Combined geometry (Uncertainty: 2.62%) Conclusions :The results obtained are within the tolerance values, thus concluding that the OSLD nanoDot TM is a highly reliable dosimeter, in addition to its convenience in its integration into a postal dosimetric audit program.

Characterization, Calibration and Application in Radiotherapy of a Dosimetric System Based on Detectors Al₂o₃: C

RESUMEN En radioterapia es fundamental contar con un sistema dosimétrico alternativo para identificar posibles errores en alguna etapa del proceso. La tecnología de luminiscencia ópticamente estimulada (OSL), representa un gran avance en la detección de radiaciones en diferentes áreas, siendo una de ellas en el área de dosimetría clínica. Objetivo: Implementar un sistema dosimétrico alternativo, basado en la tecnología OSL de cristales de óxido de aluminio dopados con carbono. Material y métodos : Detectores de Al2O3: C denominados "nanodot", lector MicroStar, cámaras de ionización (Standard Imaging y PTW Freiburg), electrómetros (PTW-Freiburg y MNCNP) y demás accesorios. Resultados: El procedimiento dosimétrico - algorítmico, desarrollado para el cálculo de la dosis adsorbida en el volumen tumoral, reproduce los valores de dosis con incertidumbres menores al 2% para un nivel de confianza del 95% y con diferencias relativas menores al 5% en comparación con los valores de las dosis absorbidas prescritas y / o previstas en los tratamientos de radioterapia. Conclusiones: Los detectores nanodot representan una alternativa viable para la realización de la verificación de la dosis absorbida en el paciente durante la práctica radioterapéutica para la verificación de la dosis prescrita e impartida mediante la dosimetría in vivo. Su calidad para preservar la información, como testigo físico del procedimiento, contribuye seguridad en los tratamientos.

ABSTRACT In radiotherapy, it is essential to have an alternative dosimetric system to identify possible errors at some stage of the process. The optically stimulated luminescence (OSL) technology represents a great advance in the detection of radiation in different areas, one of them being in the area of clinical dosimetry. Objective: To implement an alternative dosimetric system, based on OSL technology of carbon-doped aluminum oxide crystals. Material and methods : Al2or3:C detectors called "nanodot", MicroStar reader, ionization chambers (Standard Imaging and PTW Freiburg), electrometers (PTW-Freiburg and MNCNP) and other accessories. Results: The dosimetric - algorithmic procedure, developed for the calculation of the adsorbed dose in the tumor volume, reproduces the dose values with uncertainties less than 2% for a confidence level of 95% and with relative differences less than 5% compared to the values of the absorbed doses prescribed and / or foreseen in radiotherapy treatments. Conclusions: The nanodot detectors represent a viable alternative for the verification of the absorbed dose in the patient during radiotherapeutic practice for the verification of the prescribed dose and imparted by in vivo dosimetry. Its quality to preserve the information, as a physical witness of the procedure, contributes to security in the treatments.

Prediction of solid household waste generation with machine learning in a rural area of Puno

RESUMEN La gestión de residuos sólidos es uno de los principales desafíos ambientales en todas las ciudades del mundo debido a factores como el crecimiento poblacional y los hábitos de consumo. Una de las principales herramientas para el diseño de proyectos de gestión de residuos, es la estimación de la generación per cápita, sin embargo, el método tradicional para obtener esta información demanda mucho esfuerzo y tiempo, por ello esta investigación plantea un enfoque alternativo de la estimación de la generación per cápita a partir de factores socioeconómicos. Para ello se recogió información socio económica demográfica e información sobre la generación per cápita de residuos sólidos de 50 familias del centro poblado “El Juncal”, departamento de Puno, posteriormente se determinaron las variables que tienen influencia significativa a partir del coeficiente de correlación ρ de Spearman para las variables numéricas y un ANOVA para las variables categóricas con un umbral de aceptación de 0.4 y 0.05 respectivamente. Las variables seleccionadas se utilizaron para entrenar los modelos de redes neuronales, regresión lineal múltiple, Support Vector Machine, procesos gaussianos y Random Forest, cuyos desempeños fueron de R2 = 0.986, 0.982, 0.959, 0.942, 0.832; respectivamente. Para la validación se utilizó validación cruzada y partición de datos. Los resultados indican que las variables influyentes son el ingreso per cápita, el gasto en insumos y productos, el tamaño familiar y los servicios del hogar. Se concluye que las predicciones de los modelos son confiables con valores de error cuadrático medio (RMSE) de 8 a 27 g.

ABSTRACT Solid waste management is one of the main environmental challenges in all cities of the world due to factors such as population growth and consumption habits. One of the main tools for the design of waste management projects is the estimation of per capita generation, however, the traditional method to obtain this information demands a lot of effort and time, so this research proposes an alternative approach to estimate per capita generation based on socioeconomic factors. For this purpose, socioeconomic demographic information and information on the per capita generation of solid waste was collected from 50 families in the "El Juncal" population center, department of Puno, then the variables that have significant influence were determined from the Spearman's ρ correlation coefficient for numerical variables and an ANOVA for categorical variables with an acceptance threshold of 0.4 and 0.05 respectively. The selected variables were used to train neural network models, multiple linear regression, Support Vector Machine, Gaussian processes and Random Forest, whose performances were R2 = 0.986, 0.982, 0.959, 0.942, 0.832; respectively. Cross validation and data partitioning were used for validation. The results indicate that the influential variables are per capita income, expenditure on inputs and outputs, family size and household services. It is concluded that the predictions of the models are reliable with root mean square error (RMSE) values of 8 to 27 g.

Numeric simulation study of a textile processing plant for residual energy recovery

RESUMEN Hoy en día, las plantas de procesos textiles requieren de un control de las condiciones asociadas al proceso de hilandería, siendo el sistema de climatización de los ambientes de trabajo un factor importante en la calidad y productividad de estos procesos. La optimización del sistema de climatización de este tipo de plantas ayuda en la disminución del consumo de energía, por ende, contribuye en la mejora de los productos y genera rentabilidad de los procesos de operación de estas plantas. Una estrategia interesante para la mejora del sistema de climatización es reaprovechar la energía generada en la salida de los ductos de ventilación, “energía residual”, mas esta hipótesis en algunos casos es solo especulativa, siendo necesario un estudio detallado. Para verificar dicha mejora energética es desarrollado una metodología mediante simulación numérica que considera el aprovechamiento de la energía residual, la cual, ingresa a la planta de hilandería disminuyendo las temperaturas del sobre-techo de estas plantas. La metodología considera un comportamiento multifísico (termo-fluidos) para el sistema de climatización, esto es, incorpora un modelo de turbulencia 𝑘-𝜀 para representar el flujo en los ductos de ventilación y considera el proceso de transferencia de calor generado por los equipos que operan en esta planta textil. Además, para la discretización del dominio es considerado refinamientos con diferentes tamaños de elementos y elementos poliédricos. Además, para verificar dicha metodología es analizado una planta de hilandería convencional, considerando en el modelo numérico una sección característica que consta de la disposición general de dicha planta, esto es, equipos, sistema de ventilación y dimensiones de sobre-techo. Para evidenciar los resultados de esta metodología es obtenido los campos de temperatura y líneas de flujo de corriente para la sección característica que verifican el aprovechamiento de la energía residual en las plantas de procesos textiles.

ABSTRACT Nowadays, textile processing plants require control of the conditions associated with the spinning process, being the air conditioning system of the work environments an important factor in the quality and productivity of these processes. The optimization of the air conditioning system of this type of plants helps in the reduction of energy consumption, therefore, contributes to the improvement of the products and generates rentability of the operation processes of these plants. An interesting strategy for the improvement of the air conditioning system is to recover the energy generated at the outlet of the ventilation ducts, "residual energy", but this hypothesis in some cases is only speculative, being necessary a detailed study. To verify this energy improvement, a methodology is developed by means of numerical simulation that considers the use of residual energy, which feeds the spinning plant decreasing the temperatures of the over-roof of these plants. The methodology considers a multiphysical behavior (thermo-fluids) for the air conditioning system, that is, it incorporates a turbulence model 𝑘-𝜀 to represent the flow in the ventilation ducts and considers the heat transfer process generated by the equipment operating in this textile plant. Furthermore, for the discretization of the domain is considered refinements with different element sizes and polyhedral elements. In addition, to verify this methodology, a conventional spinning plant is analyzed, considering in the numerical model a characteristic section consisting of the general layout of the plant, i.e., equipment, ventilation system and over-roof dimensions. To prove the results of this methodology, the temperature fields and current flow lines for the characteristic section are obtained to verify the utilization of residual energy in textile processing plants.

Reconfiguration of Distribution Systems with Modified Tabu Search Algorithm

RESUMEN Este artículo presenta un nuevo algoritmo para resolver el problema de reconfiguración de la red de distribución utilizando como base el algoritmo de Búsqueda Tabú. El método propuesto proporciona una forma de obtener nuevas soluciones y vecinos para el algoritmo Búsqueda Tabú con aleatoriedad controlada, diferente a lo que está disponible en la literatura. El método propuesto logra que el algoritmo produzca buenas soluciones en la mayoría de las iteraciones, realizando así un descenso suave y constante para obtener la solución final. El algoritmo busca reducir las pérdidas y mejorar el perfil de tensión en los sistemas de distribución de media tensión. Las pruebas se llevaron a cabo en dos sistemas utilizados en la literatura, el sistema de 33 barras y el de 94 barras. Los resultados de la simulación muestran que el método propuesto tiene un bajo costo computacional y obtiene hasta un 100% de soluciones óptimas en 100 ejecuciones.

ABSTRACT This work presents a new algorithm to solve the distribution network reconfiguration problem based on the Tabu Search algorithm. The proposed method provides a way to obtain new solutions and neighbors for the Tabu Search algorithm with controlled randomness, different from what is available in the literature. The proposed method manages to make the algorithm produce good solutions in most iterations, thus performing a smooth and constant descent to obtain the final solution. The algorithm seeks to reduce losses and improve the voltage profile in medium voltage distribution systems. Tests were carried out in two systems used in the literature, the 33-Bus and the 94-Bus systems. The simulation results show that the proposed method has a low computational cost and obtains up to 100% optimal solutions in 100 executions.

Evaluation Of An Underfloor Heating System Installed In An Educational-Experimental Module Built With Non-Conventional Materials On A Small Scale For Higher Education

RESUMEN El presente estudio tiene por objetivo producir indicadores para evaluar la viabilidad de la implementación de un sistema de calefacción por suelo radiante en un módulo a escala pequeña construido con materiales alternativos para la educación superior. Es decir, se respondieron preguntas como: ¿Es posible emular el principio de funcionamiento de un suelo radiante en un tiempo menor a 2 horas debido a la alta inercia térmica de estos sistemas y al limitado tiempo disponible en laboratorios de educación superior? ¿El uso de materiales alternativos para la construcción del sistema, sumado al tamaño del mismo, afectará la respuesta dinámica del sistema respecto al funcionamiento de un sistema de suelo radiante a escala real? Para ello, se realizó la construcción de un módulo a escala pequeña de un sistema de calefacción por suelo radiante para el laboratorio de termo-fluidos de la Universidad Católica de Santa María (Arequipa-Perú) en donde se monitorearon las temperaturas de parámetros como el agua de abastecimiento del sistema de suelo radiante, superficie del suelo (se utilizó arena fina para emular la capa de hormigón) y la temperatura al interior de la cámara de pruebas, así como también el tiempo transcurrido. Se observó un incremento en la temperatura interior de la cámara de pruebas del módulo de 5°C (desde 20°C inicialmente hasta 25°C, aproximadamente) en un periodo de 1 hora. Para la adquisición de datos se desarrolló una interfaz de usuario en una computadora y se utilizó al microcontrolador Atmega328p.

ABSTRACT This study has the goal of generating indicators to properly assess the feasibility of an underfloor heating system installed in a small-scale module built with nonconventional materials for higher education purposes. Therefore, the following questions were answered: Is it possible to emulate the normal operation of an underfloor heating system in a short period of time (less than 2 hours) due to the high thermal inertia of this heating system and the limited amount of time available at higher education laboratories? Will the use of nonconventional building materials (in addition to the small size of the system) affect the performance of the heating system relative to those actually built on a real scale? Accordingly, a small-scale underfloor heating system module was developed and built for the thermo-fluids laboratory of the Universidad Católica de Santa María (Arequipa-Perú). Thereby, parameters such as the temperature of supply water, floor (fine sand was used to emulate the layer of cement) and the inner temperature of the test chamber were monitored, as well as the time elapsed. It was observed that an increment of 5°C roughly, was attained in 1 hour of operation in the inner temperature of the test chamber (from 20°C initially to 25 °C). For data acquisition a user interface was developed in a computer, also using microcontroller Atmega328p.