Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias

Modelación matemática y caracterización analítica de un sensor de proximidad ultrasónico

ABSTRACT This research work is about mathematical modeling and analytic characterization of a proximity sensor prototype based on ultrasonic acoustic echolocation with thermal compensation. The analytic characterization of the propagation medium behavior under the acoustic disturbance produced by the sensor is presented, starting from a correlation function fitted to the real excitation signal generated by it. The influence of the catoptrics conditions of the separation boundary between the air and a set of materials in echo intensity is also referred. Likewise, the sensor response to the echo (considering the worst catoptrics conditions) is analytically characterized.

RESUMEN La investigación aborda la modelación matemática, así como la caracterización analítica, del prototipo de un sensor de proximidad basado en ecolocalización acústica ultrasónica con compensación térmica. Se expone la caracterización analítica del comportamiento del medio de propagación ante la perturbación acústica producida por el sensor, a partir de una función de correlación ajustada a la señal de excitación real generada por el mismo. Se trata además la influencia de las condiciones catóptricas del límite de separación, entre el aire y un conjunto de materiales, en la intensidad del eco. Así mismo, es caracterizada analíticamente la respuesta del sensor ante el eco, considerando el peor de los casos, relativo a las condiciones catóptricas de formación del mismo.

Validación de un modelo experimental de simulación basado en Dinámica de Fluidos Computacional

ABSTRACT As part of a research project aimed at determining the effect of extreme winds on agricultural economic objectives, through the application of simulation methods based on Computational Fluid Dynamics and finite elements analysis, some experimental runs were carried out to validate that simulation method and the criteria used during the formation of the models and the characteristics of the finite element meshing to be applied. For the experimental measurements, a wind tunnel built in the Agricultural Mechanization Center of the Agrarian University of Havana was used, which was modeled in 3D with the SolidWork 2018 computational tool and the simulation was carried out through the “Flow Simulation” module. For the experimental application of the simulation models used, the results of experimental measurements of the pressures within the wind tunnel were compared with the pressures determined by simulation. A variable pressure field in the space was achieved by interposing an obstacle to air circulation, aimed at achieving different pressure levels in different sections of the tunnel. As a result of the comparison, a simulation prediction error was obtained that ranged between 0.53 and 2.07%, which was extremely satisfactory.

RESUMEN Como parte de la ejecución de un proyecto de investigación dirigido a la determinación del efecto de vientos extremos sobre objetivos económicos agropecuarios, mediante la aplicación de mètodos de simulación basados en la Dinámica de Fluidos Computacional, que a su vez se sustenta en el análisis por elementos finitos, se efectuaron algunas corridas experimentales dirigidas a validar dicho método de simulación, así como los criterios empleados durante la conformación de los modelos y de las características del mallado de elementos finitos a aplicar. Para las mediciones experimentales se utilizó un túnel de viento construido en el Centro de Mecanización Agropecuaria de la Universidad Agraria de La Habana, el cual fue modelado en 3D con la herramienta computacional SolidWork 2018, efectuando la simulación mediante el módulo “Flow Simulation”. Para la aplicación experimental de los modelos de simulación empleados se compararon los resultados de mediciones experimentales de las presiones dentro del túnel de viento con las presiones determinadas mediante la simulación. Un campo de presiones variable en el espacio se logró interponiendo un obstáculo a la circulación del aire, dirigido a lograr diferentes niveles de presión en distintas secciones del túnel. Como resultado de la comparación se obtuvo un error de predicción de la simulación que osciló entre 0,53% y 2,07%, lo cual resultó sumamente satisfactorio.

Herramienta para optimizar el proceso de producción de la langosta entera precocinada

ABSTRACT Today, in the competitive business world, organizations and companies need to manipulate their business processes. The real key to success in these organizations lies in the design, the proper management of the business processes and the alignment of IT (Information Technology) with the objectives of the organization. The research carried out has the objective of developing a computer tool that allows optimizing the process of the production of the pre-cooked whole lobster belonging to Batabanó Company in the province of Mayabeque. To achieve this objective, the NSGAII and SPEA2 multiobjective optimization algorithms are used with the JMetal framework. For modeling of the process in the BPMN Notation, the Bonita Studio and Yasper tools are used to convert the process into a Petri network, exporting it in a PNML file, which is used by the tool to carry out its optimization. As a result, a computing application is obtained that allows business analysts of the company to obtain possible process improvements in terms of cost and completeness criteria, thus facilitating its better performance in the company.

RESUMEN En el mundo empresarial competitivo de hoy, las organizaciones y empresas necesitan manipular sus procesos de negocio. La verdadera clave para tener éxito en estas organizaciones radica en el diseño, la gestión adecuada de sus procesos de negocio y la alineación Tecnologías de Información (TI) con los objetivos de la organización. La investigación realizada tiene como objetivo desarrollar una herramienta informática que permita optimizar el proceso de la Producción de la Langosta Entera Precocinada perteneciente a la empresa de Batabanó de la provincia de Mayabeque. Para alcanzar dicho objetivo se emplean los algoritmos de optimización multiobejtivos NSGAII y SPEA2 mediante el framework JMetal. Para la modelación del proceso en la notación BPMN se utiliza la herramienta Bonita Studio y Yasper para la conversión del proceso en una red de Petri, exportándolo así en un archivo PNML, el cual es utilizado por la herramienta para efectuar la optimización del mismo. Como resultado se obtiene una aplicación informática que le permite a los analistas del negocio de la empresa, la obtención de posibles mejoras del proceso en cuanto a los criterios de costo y completitud facilitándoles así lograr un mejor desempeño del mismo en la empresa.

Calidad del boniato troceado y molinado durante la producción de alimento ensilado para cerdos

ABSTRACT The size of the particles is one of the properties that have more influence in the quality of food for monogastric animals. The present work was carried out with the objective of evaluating the quality of the chopped and ground sweet potato during the production of silage feed for pigs in the plant “Héctor Molina", and to check if both characteristics fulfill the demands of the particle size recommended for this kind of food. To demonstrate if the particle size that is obtained coincides to that proposed for the chopping machine (40 ±7 mm)and for the hammer mill(4 ± 2 mm), the sweet potato is characterized physical and mechanically and two experiments are designed that use sweet potato samples of the same lot and in different schedules. The fractional sweet potato is measured with a vernier caliper and a sieve disperser-shaker is used for the finely milled one. A totally randomized design was utilized and Duncan Test for P <0,05 was applied in the necessary cases. For the analysis of the data, the statistical package Infostat version 2012 was used. It was determined that the sweet potato presents physical-mechanical characteristics in correspondence with the agroindustrial process and that the quality of the chopped and the ground sweet potato, respond to the proposed technology. It was also proved that the average value of the particle size was of 36,06 mm for the chopper apparatus and that 100% of the total mass of sweet potato fulfills the proposed particle size (4±2 mm).

RESUMEN La talla de las partículas es una de las propiedades que más influyen en la calidad de los alimentos para animales monogástricos. El presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar la calidad del boniato troceado y molinado durante la producción de alimento ensilado para cerdos en la planta “Héctor Molina”, y comprobar si ambos cumplen con las exigencias del tamaño de partícula recomendado para este tipo de alimento. Para demostrar si el tamaño de partícula que se obtiene, se corresponde con lo propuesto (40 ±7 mm) para la máquina troceadora y (4 ± 2 mm) para el molino de martillo, se caracteriza física y mecánicamente el boniato y se diseñan dos experimentos que utilizan muestras (boniato) de un mismo lote y en diferentes horarios. El boniato fraccionado se mide con un pie de rey y el finamente molido utiliza un tamiz dispersador-sacudidor. Se aplicó un diseño completamente aleatorizado y dócima de Duncan para P<0,05 en los casos necesarios y para el análisis de los datos se utilizó el paquete estadístico Infostat versión 2012. Se determinó que el boniato presenta características físico-mecánicas en correspondencia con el proceso agroindustrial y que la calidad del troceado y el molinado responden a la tecnología propuesta, comprobándose que el valor promedio del tamaño de partícula fue de 36,06 mm para el aparato troceador y que el 100% de la masa total de boniato cumple con el tamaño de partícula propuesto (4±2 mm).

Diseño hidráulico de sistemas de riego para jardines en Cuba

ABSTRACT This research shows the results obtained, during the conformation of design criteria, to ensure the built and management of irrigation systems in gardens efficiently. Aspects related to the determination of irrigation requirements, water use and supply sources; according to climate conditions, were included. Design tools are addressed to rationalize the system, guarantee water efficiency, facilitate its building according to available resources, specifying irrigation frameworks, spacing between sprinklers and laterals, as well as network schemes. Elements are detailed on sizing of sprinkler circuits, main distribution network, automatic control system and pumping station. These design criteria were applied in tourist centers in Cayo Santa María, Cayo Coco and Cayo Cruz, Cuba.

RESUMEN En la presente investigación se muestran los resultados obtenidos, durante la conformación de criterios de diseño, para garantizar la ejecución y explotación de sistemas de riego en jardines de forma eficiente. Se incluyeron aspectos relacionados con la determinación de las necesidades de riego, uso del agua, fuentes de abasto, según condiciones climatológicas regionales. Se abordan herramientas para racionalizar el sistema, garantizar eficiencia hídrica, facilitar su ejecución según recursos disponibles, especificando marco de riego, espaciamiento entre aspersores y laterales, así como esquemas de redes. Se detallan elementos sobre dimensionado de circuitos porta aspersores, red principal de distribución, sistema de control automático y estación de bombeo. Estos criterios de diseño fueron aplicados en centros turísticos de Cayo Santa María, Cayo Coco y Cayo Cruz, Cuba.

Producción de syngas rico en hidrógeno mediante gasificación por plasma de biomasas existentes en Cuba

ABSTRACT The production of 2nd generation biofuels is a transcendental issue for sustainability due to its influence on reducing fossil fuel consumption. One of the most recognized techniques for the production of biofuels starts from syngas with an H2/CO = 2 molar ratio. This gas can be obtained through the biomass gasification process, a complex process with several operational parameters. The purpose of this study was to perform the simulation of the plasma gasification process of three biomasses that are abundant agro-industrial or forest residues in Cuba. For this, the graphic method and the exploration of the operating regions were used applying a model with a thermochemical equilibrium approach. As a result, it was obtained that it is possible to achieve a production of syngas with values between 1.79-2.80, 1.68-2.37 and 2.09-2.81 NM3/kg from sugarcane bagasse, rice husk and wood sawdust, respectively, with the cold gas efficiencies, in that same order, 31-65%, 20-49%, and 43-53%. In addition, the sensitivity analysis was carried out to identify the influential parameters on performance indicators.

RESUMEN La producción de biocombustibles de 2da generación es una cuestión transcendental para la sostenibilidad debido a su contribución a la reducción del consumo de combustibles fósiles. Una de las técnicas más reconocidas para la producción de los biocombustibles comienza a partir de un syngas con una relación molar H2/CO=2. Dicho gas puede ser obtenido mediante el proceso de gasificación de biomasa, un proceso complejo en el que se interrelacionan varios parámetros operacionales. El propósito de este estudio consistió en realizar la simulación del proceso de gasificación por plasma de tres biomasas que constituyen residuos agroindustriales o forestales abundantes en Cuba. Para ello se empleó el método gráfico y la exploración de las regiones de operación utilizando un modelo con enfoque de equilibrio termoquímico. Como resultado se obtuvo que es posible obtener una producción de syngas con valores entre 1,79-2,80, 1,68-2,37 y 2,09-2,81 NM3/kg a partir de bagazo de caña, cascarilla de arroz y aserrín de madera respectivamente, siendo las eficiencias del gas frio, en ese mismo orden, de 31-65%, 20-49%, y 43-53%. Además, el análisis de sensibilidad permitió establecer los parámetros más influyentes sobre los indicadores de desempeño.

Mitigación de esfuerzos dinámicos de un molino de bolas utilizando recubrimientos de goma

ABSTRACT Ball mills are widely used in mining, agriculture and cement industries. There is little information on the design of such equipment from the structural point of view. Some of the main causes of failure are fractures of their walls, due to the impact of steel balls on their internal surfaces. Normally, they are attenuated through the use of wet milling, which acts as a shock absorber and a casing that protects the internal surfaces of the mill. However, it should be noted that this casing is not used in small mills. To avoid failure, the thickness of the mill is over-designed, increasing its cost. The design of small mills improves when considering the direct impact of the steel balls on the inner wall. This leads to the most critical condition of operation. In this work, the resulting stress field was evaluated following a couple of approaches: (I) the dynamic coefficient of impact loads was evaluated with the working energy principle and (II) a numerical analysis was performed with the Finite Elements Method. The operating parameters were calculated with the BM-Crush Program. The results showed that the cyclic stresses were close to the elastic limit. It was proposed to implement a rubber coating on the internal walls of the mill and the stress field was reduced 8.3 times, for a rubber thickness of 3 mm. In this way, a potential fatigue failure could be reduced.

RESUMEN Los molinos de bolas son ampliamente utilizados en las industrias de minería, agricultura y cemento. Existe poca información sobre el diseño de dichos equipos desde el punto de vista estructural. Algunas de las principales causas de falla son las fracturas de sus paredes, debido al impacto de las bolas de acero en sus superficies internas. Normalmente, se atenúan mediante el uso de la molienda húmeda, que actúa como una absorción de choque y una carcasa que protege las superficies internas del molino. Sin embargo, hay que tener en cuenta que esa carcasa no se utiliza en pequeños molinos. Para evitar una falla, el grosor del molino está sobre diseñado, incrementándose su costo. El diseño de pequeños molinos mejora cuando se considera el impacto directo de las bolas de acero sobre la pared interna. Esto lleva a la condición más crítica de operación. En este trabajo, el campo de esfuerzos resultante se evaluó siguiendo un par de enfoques: (I) el coeficiente dinámico de las cargas de impacto se evaluó con el principio de trabajo energía y (II) se realizó un análisis numérico con el Método de Elementos Finitos. Los parámetros de operación se calcularon con el programa BM-Crush. Los resultados mostraron que los esfuerzos cíclicos estaban cerca del límite elástico. Se propuso implementar un revestimiento de goma en las paredes internas del molino, y el campo de tensión se redujo 8,3 veces, para un grosor del caucho de 3 mm. De este modo, se reduce una posible falla por fatiga.

Procedimiento para la formación ambiental de profesionales de Hidroenergía en Santiago de Cuba

ABSTRACT In the research, an action plan was developed to increase the environmental training of hydro-energy professionals in Santiago de Cuba. The limitations of environmental treatment in the hydro-energy context, associated with an insufficient environmental culture, affect the performance of professionals in the work of conservation and improvement of the environmental quality. To respond to the insufficiencies of these professionals, actions were implemented that allowed the formation of environmental knowledge in the hydro-energy professional practice, through the practice of professional work, with an integrating and systematizing relationship. Statistical processing of the results was performed by means of non-parametric analyzes of related samples and T-test analysis for related samples, using the SPSS software version 21.0, to know the behavior of the estimated variables of the sample studied in the research.

RESUMEN En la investigación se desarrolló un plan de acciones para elevar la formación ambiental de los profesionales de Hidroenergía en Santiago de Cuba. Las limitaciones en el tratamiento ambiental en el contexto hidroenergético, asociado a una insuficiente cultura medio ambiental afecta el desempeño de los profesionales en las labores de conservación y mejoramiento de la calidad del ambiente. Para responder a las insuficiencias de los profesionales se implementaron acciones que permitieron la formación de conocimientos ambientales en el ejercicio profesional hidroenergético, mediante la práctica del trabajo profesional, con una relación integradora y sistematizadora. Se realizó el procesamiento estadístico de los resultados mediante los análisis no paramétricos de muestras relacionadas y el análisis de prueba T para muestras relacionadas, con la utilización de Software SPSS versión 21.0, para conocer el comportamiento de las variables estimadas de la muestra estudiada en la investigación.

Dinámica de Fluido Computacional: Revisión y análisis de las aplicaciones en la ingeniería

ABSTRACT At present, with the development of professional tools such as SOLIDWORKS, ANSYS, the fields of application of simulation have significantly increase, especially, Computational Fluid Dynamics (CFD) in engineering. The objective of the work was to make a review and analysis of the applications of the Computational Fluid Dynamics, in the field of Engineering, but with greater emphasis in Agricultural Engineering. The analysis shows the high performance of Computational Fluid Dynamics in Engineering in general and in specific areas like thermo mechanical equipment, electrical equipment and installations, electronic equipment and assemblies in industrial and building ventilation, turbo machinery, automobile and agricultural machinery and greenhouse industry. Three fundamental application fields are identified: simulation of the equipment mentioned with the purpose of achieving operation parameters and more rational designs, improvement in the design and structure of equipment, provided the possibility of evaluating a wide diversity of design options and simulation of processes, with or without phase transitions, solid-fluid interactions, among others. The investigations carried out belong to the field of Agricultural Engineering, theoretical analysis and finite elements of load losses in a central pivot irrigation system, centrifugal pumps, effect of wind on the air flow of agricultural sprayers and climate in greenhouses.

RESUMEN El desarrollo de las herramientas profesionales como el SOLIDWORKS, ANSYS, han permitido incrementar significativamente los campos de aplicación de la simulación y especialmente la Dinámica de Fluido Computacional (CFD) en las ingenierías. El objetivo del trabajo consistió en Realizar una revisión y análisis de las aplicaciones de la Dinámica de Fluido Computacional, en el campo de las Ingenierías, pero haciendo mayor énfasis en la Ingeniería Agrícola. En el análisis se exponen las prestaciones de la Dinámica de Fluido Computacional en la Ingeniería en general, como son: en los equipos termomecánicos; equipos e instalaciones eléctricas; equipos y conjuntos electrónicos; en ventilación industrial y de edificios; en turbomaquinaria; en la industria del automóvil y de la maquinaria agrícola e invernaderos. Se identifican tres campos de aplicación fundamentales: simulación de dichos equipos, con el fin de lograr parámetros de operación y diseños más racionales; mejoras en el diseño y estructura de equipos, al poder evaluar un amplio abanico de opciones de diseño y simulación de procesos, con o sin transiciones de fase, interacciones sólido-fluido, entre otras. En cuanto a las investigaciones realizadas se destacan en relación con la Ingeniería Agrícola, el análisis teórico y por elementos finitos de las pérdidas de carga en un sistema de riego de pivote central; en bombas centrifugas; el efecto del viento en el flujo de aire de pulverizadores agrícolas y estudios del clima en invernaderos.

Sistema informático para la formulación de raciones alimenticias en la raza bufalina empleando modelos matemáticos

ABSTRACT Feeding is one of the most important factors in increasing the potential of livestock at different stages of growth. To obtain better levels in live weight, it is necessary to make a good planning of the resources possessed. For this, it is required to have the necessary food to meet their nutritional needs, enabling a better evolutionary development. In this work, a tool with relevant information about buffalo cattle, for an adequate formulation of food rations is developed. To design the application, the steps proposed by the RUP methodology were followed and for the implementation, Double Square of Pearson and Simplex Dual mathematical models were taken into account in order to achieve the adequate balance of nutrients.

RESUMEN La alimentación es uno los factores de mayor importancia para lograr incrementar el potencial del ganado en las diferentes etapas de crecimiento. Para obtener mejores niveles en el peso vivo, es necesario realizar una buena planificación de los recursos que se poseen. Para ello es necesario contar con los alimentos necesarios para satisfacer sus necesidades alimenticias, posibilitando un mejor desarrollo evolutivo. En este trabajo se desarrolla una herramienta que se encuentra totalmente poblada de información relevante sobre el ganado bufalino, lo cual permite una adecuada formulación de raciones alimenticias. Para el diseño de la aplicación se siguieron los pasos que propone la metodología RUP y para la implementación se tuvieron en cuenta dos modelos matemáticos: Doble Cuadrado de Pearson y Simplex Dual, los cuales permiten el balance adecuado de los nutrientes.