Pädi Boletín Científico de Ciencias Básicas e Ingenierías del ICBI

Titulo

2024-11-30T10:17:02-06:00

Comité Editorial

2024-11-30T10:40:20-06:00

Ecosistemas Inteligentes

2024-11-30T10:40:21-06:00

Con la llegada de la Industria 5.0, se vislumbra que los ecosistemas inteligentes formarán parte de la rutina diaria de las personas. Estos ecosistemas están conformados en su mayor parte por dispositivos autónomos y/o inteligentes interconectados que permiten mejorar la eficiencia de los sistemas. Es ahí donde diferentes disciplinas hacen sinergia para lograr soluciones inter y multidisciplinarias, que permitan mejorar nuestro entorno y alcanzar soluciones científicas e innovadoras con impacto en ámbitos que van desde la academia hasta la industria.

En este número especial, Pädi Boletín Científico de Ciencias Básicas e Ingenierías del ICBI de la Universidad Nacional Autónoma del Estado de Hidalgo en conjunto con la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería campus Hidalgo del Instituto Politécnico Nacional se dieron a la tarea de convocar a diferentes investigadores de todo el país para mostrar las investigaciones y los desarrollos tecnológicos que se están llevando a cabo en México en torno a los ecosistemas inteligentes.

Los trabajos recibidos se sometieron a un proceso de revisión por pares a doble ciego. Después de una exhaustiva revisión, se seleccionaron 40 artículos, los cuales conforman este número especial y están organizados conforme a las siguientes temáticas:

Inteligencia artificial, ciencia de datos y realidad virtual y aumentada.
Aeronáutica y vehículos autónomos.
Modelado y control automático de sistemas dinámicos.
Sensores, instrumentación, automatización y sistemas embebidos.
Diseño, manufactura e ingeniería de materiales.
Energías alternas y agro-tecnología.

Verificación Funcional de sistemas digitales descritos en HDL mediante ambientes UVM basado en agentes

2024-11-30T10:40:22-06:00

Actualmente, la creciente demanda de circuitos integrados (chips) está generando una necesidad cada vez mayor de profesionales especializados en el diseño de estos componentes. Las industrias, como la automotriz y la informática móvil, no solo están requiriendo un mayor número de chips, sino que también enfrentan una expansión en las aplicaciones que requieren estos circuitos. Esto incluye desde microprocesadores avanzados hasta sistemas embebidos complejos, que requieren el uso de Lenguajes de Descripción de Hardware (HDL) a nivel de Transferencia de Registros (RTL) y expertos en verificación. La verificación funcional se vuelve crucial para asegurar que los sistemas diseñados cumplan con los requisitos especificados en las propuestas de los clientes. Para llevar a cabo esta verificación, se emplea la Metodología Universal de Verificación (UVM), una metodología estandarizada que facilita la creación de entornos de verificación modulares, mantenibles, escalables y reutilizables. Este trabajo propone la aplicación de UVM en la creación de entornos de verificación basados en agentes, lo que garantiza una alta modularidad, capacidad de expansión y reutilización, mejorando la efectividad de la verificación y permitiendo una rápida detección de errores en el diseño.

Sistema de medición de deformaciones en tiempo real basado en correlación digital de imágenes, para prueba uniaxial de tensión

2024-11-30T10:40:23-06:00

En este trabajo se presentan la aplicación de un sistema de medición de deformación en materiales mediante la técnica de correlación digital de imágenes, basado en patrones de moteado con pintura. La medición de deformaciones se realiza en un código programado en Python, el cual consiste en tres módulos: 1) de adquisición, 2) de procesamiento y 3) de visualización. El método de reconocimiento y seguimiento de los puntos del patrón de moteado implementado se basa en el método de Lucas-Kanade. El campo de desplazamientos en X y en Y se calculan mediante la resta de las posiciones de los puntos reconocidos en cada imagen, respecto a la imagen de referencia (en donde el objeto esta sin deformar). Posteriormente, el mapa de deformaciones unitarias se obtiene calculando los gradientes de desplazamiento en cada imagen consecutiva y se visualizan los campos de deformaciones en tiempo real. Para probar la efectividad del código, ´este se implementó en un arreglo experimental de una prueba de tensión uniaxial para un material polimérico. Los resultados experimentales se comparan con los obtenidos utilizando un equipo de correlación digital de imágenes comercial, de la marca Dantec Dynamics. Con base en los resultados obtenidos en la prueba de tensión uniaxial, se concluye que el código desarrollado es igual de efectivo que un equipo comercial de correlación digital de imágenes, incluso con una ventaja particular: realizar mediciones en tiempo real. Se discuten algunas aplicaciones potenciales de este código para pruebas no destructivas.

Regulación no lineal de la salida para sistemas descriptores en tiempo discreto

2024-11-30T10:40:22-06:00

El presente trabajo propone un regulador no lineal en tiempo discreto para sistemas no lineales tipo descriptor. El diseño está dividido en dos partes: 1) un estabilizador no lineal calculado por medio del método directo de Lyapunov y modelos convexos, 2) un regulador lineal calculado a través de las llamadas ecuaciones de Francis-Isidori-Byrnes para modelos descriptores; las condiciones de diseño de ambas partes están en términos de desigualdades matriciales lineales. A diferencia de la teoría de regulación tradicional, se propone un exosistema desconocido, es decir, que las trayectorias se generan de forma arbitraria por algún otro sistema o usuario, un observador de alta ganancia estima dichas señales para utilizarlas, posteriormente, en el diseño del regulador.

Prototipo de gestión de energías renovables para casa habitación

2024-11-30T10:40:21-06:00

La generación de energía eléctrica por medios convencionales sigue siendo predominante, con más del 70% de la producción total proveniente de métodos que implican la quema de combustibles fósiles y sus derivados. Además, según el inventario de emisiones de la Zona Metropolitana y del Valle de México, la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica son de las principales fuentes de contaminantes en la región (Sener, 2020). Debido a la problemática planteada se propone que en el presente proyecto de investigación se tenga como objetivo desarrollar un prototipo de software y hardware que utilice energías limpias en una casa habitación. Este sistema integrará celdas fotovoltaicas y generador eólico para la carga de una batería o un banco de baterías, empleando como última opción el suministro de energía de la CFE. Adicionalmente, se incluirá una herramienta de software para el monitoreo del estado de la batería y el voltaje del sistema.

Efecto de la precarga en operación de una junta atornillada de uso aeronáutico

2024-11-30T10:40:23-06:00

En el presenta trabajo de investigación se aborda el efecto de la precarga en una junta atornillada durante operación. Hoy en día, el sector aeronáutico es una de las industrias más exigentes en cuestión de parámetros de seguridad; por lo que todo lo que se manufactura debe cumplir rigurosos estándares de seguridad. Uno de los componentes en los que se debe de tener especial atención son los elementos de sujeción, ya que estos son los responsables de mantener las uniones seguras, y la rigidez estructural de todos los componentes de un avión, helicóptero, entre otros vehículos. El espacio de diseño consiste en evaluar el comportamiento de la trayectoria del cono de compresión en operación generado en una junta atornillada para diferentes tamaños de tornillos, desde 0.190 a 0.375 pulgadas de diámetro, precargando de 2 a 4 bridas de .20 pulgadas de espesor, o sea, variando la longitud de agarre de la junta atornillada, y usando elemento finito (ANSYS) para hacer un análisis comparativo con un modelo matemático. Los resultados indican que la precarga en las juntas atornilladas estructurales (Aleaciones de Acero) en las turbinas en zonas frías (300 ^oF), se relajan durante operación, por lo que es importante evaluar la magnitud (<25%) para asegurar la sujeción, y evitar la separación en la junta atornillada durante la operación.

Monitoreo remoto de variables ambientales a larga distancia con sistemas embebidos

2024-11-30T10:40:21-06:00

Este estudio presenta el desarrollo de un sistema de monitoreo remoto de variables ambientales utilizando un sistema embebido para facilitar la telemetría a larga distancia y en entornos de difícil acceso El sistema está conformado por un nodo acoplado a un panel solar con baterías recargables para su autonomía y sin conexión a red eléctrica. El nodo se encuentra diseñado para adaptar un conjunto de sensores y de manera predeterminada está equipado con un sensor de temperatura y presión. El sistema se diseñó con el objetivo de tener una eficiencia energética alta y largas distancias de transmisión, utilizando tecnología de comunicación LoRa (Long-Range) y sistemas electrónicos apropiados. En conjunto se desarrolló un dispositivo puerta de enlace (Gateway) LoRa- Ethernet con protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) enlazado al servidor Eclipse Mosquitto para su futuro almacenamiento y procesamiento a la nube de cómputo AWS IoT (Amazon Web Services Internet of Things), mediante un Front y Back-end, sistema que en pruebas alcanzó 300 metros en transmisión aproximadamente.

Órtesis para rehabilitación de personas con movilidad articular reducida en la mano mediante el registro EMG

2024-11-30T10:40:22-06:00

Este trabajo presenta una propuesta para construir e implementar un prototipo de órtesis de mano para personas con movilidad articular reducida. Se registra el progreso del paciente mediante señales electromiográficas (EMG) con electrodos, permitiendo al especialista monitorear la terapia. La órtesis, impresa en 3D con PETG, es de fácil mantenimiento, reconfigurable y sostenible. Incluye un guante con sensores flex que asisten en la rehabilitación por imitación. Para validar su funcionamiento, se probó el prototipo en un hombre y una mujer, confirmando que la terapia puede ser monitoreada constantemente y registrarse el progreso, interpretado por el especialista. Las pruebas demostraron que el prototipo es viable de implementar en diferentes pacientes mediante la terapia de imitación y que requieren un proceso continuo de rehabilitación.

Desarrollo de aplicación de realidad aumentada móvil para el aprendizaje de Lengua de Señas Mexicana

2024-11-30T10:40:21-06:00

El surgimiento de las aplicaciones móviles de realidad aumentada (RA) ha representado una herramienta novedosa en el ámbito educativo, brindando nuevas modalidades de aprendizaje interactivo y de fácil acceso. En este sentido, este trabajo presenta el diseño y desarrollo de una aplicación móvil de RA diseñada específicamente para el aprendizaje básico de la Lengua de Señas Mexicana (LSM). Esta aplicación integra elementos visuales con el fin de facilitar la comprensión y práctica de la LSM, permitiendo a los usuarios interactuar con modelos virtuales en tiempo real. De esta manera, se pretende mejorar la accesibilidad y efectividad del aprendizaje de la LSM, fomentando la inclusión y diversidad lingüística.

Henificación de alfalfa con energía solar indirecta

2024-11-30T10:40:22-06:00

La alfalfa, siendo un cultivo de alto valor nutricional para el ganado bovino, presenta retos significativos en su procesamiento debido a su alto contenido de humedad al cosecharse. El presente estudio introduce un enfoque innovador de control automático para la deshidratación de alfalfa utilizando un techo solar activo, de tipo indirecto, con circulación forzada, seguido de la producción de pellets, mezclado con otros ingredientes, como aglutinantes y aditivos, para mejorar la calidad y el valor nutricional, lo que representa un avance significativo en términos de conservación y manejo postcosecha del forraje. El objetivo es mejorar los métodos de conservación y manejo de la alfalfa en la alimentación del ganado. Se utilizó un prototipo de 120x90x100 cm y se experimentó con condiciones controladas de temperatura, ventilación y densidad de hilerado, así como la simulación numérica de la radiación solar del techo activo. Los resultados obtenidos se utilizarán para la producción de pellets en la Cooperativa Rancho Las Palmas, en Tlahuelilpan, Hidalgo.

Comparación y selección de moduladores n-QAM para aplicaciones en la 4G

2024-11-30T10:40:21-06:00

Actualmente los sistemas de comunicaciones se han desarrollado para ofrecer una mayor rapidez y confiabilidad de transmisión de datos para los usuarios, debido al incremento de la demanda del uso del espectro, el método de transmisión utilizado actualmente es la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), dentro de la multiplexación se utiliza la modulación de amplitud en cuadratura (QAM) por su eficiencia en este trabajo de investigación para la validación de moduladores n-QAM. Se diseñan dos moduladores de 16-QAM y 32-QAM, su implementación se realiza en una tarjeta transceptora. Se comparan los recursos empleados durante la transmisión de datos con ambos moduladores, después se incluye
una etapa de potencia con amplificadores de potencia (PA) y se valida espectralmente mediante una comparación utilizando la relación de potencia de canal adyacente (ACPR) y el valor error cuadrático medio normalizado (NMSE), el sistema propuesto es una validación para el desarrollo de moduladores digitales de orden variable n-QAM.

Diseño de un banco de pruebas para la obtención de la curva torque-tensión de una junta atornillada

2024-11-30T10:40:21-06:00

En este trabajo, se diseñó y se fabricó las partes principales de un banco de pruebas para determinar las curvas de torque-tensión de los tornillos típicos usados en las uniones de los módulos de las turbinas de avión. Los tornillos y tuercas para unir estos módulos varían en tamaño y longitud, sin embargo, el propósito del presente trabajo es diseñar al banco de pruebas para tamaños en el rango 0.190 a 0.5 pulgadas de diámetro. Las curvas torque-Tensión son muy importantes en las fases de diseño de juntas atornilladas, ya que con estas curvas se puede determinar de manera más precisa la precarga que alcanzada el tornillo para diferentes condiciones de trabajo, con o sin el uso de lubricación, y para uniones con diferentes materiales en su configuración. Se realizaron las simulaciones permitentes en elemento finito para asegurar la integridad estructural de sus componentes. La importancia de este tipo de proyectos en la formación de capital humano es muy importante, ya que prepara a los estudiantes a estar mejor capacitados en el diseño de juntas atornilladas, que son parte importante en cualquier estructura aeronáutica.

Programacion de una rutina de un robot manipulador industrial mediante el método paso a paso

2024-11-30T10:40:21-06:00

En este trabajo se muestra el método paso a paso aplicado a la programación de un robot para tener una estructura homologada que facilite el diseño y análisis del programa; dando como resultado que cualquier programador comprenda rápidamente el algoritmo para realizar las modificaciones que se requieran debido a los cambios que se puedan suscitar en el proceso de producción. La ventaja del método es su simplicidad de implementación, facilitando la capacitación del personal, en comparación con otros métodos que requieren conocimientos complejos. Primeramente, se describe el método paso a paso aplicado a circuitos electroneumáticos; posteriormente, se presenta el procedimiento para programar la rutina de un robot, y se indican los cambios en el método para su implementación. Finalmente, se describen dos ejemplos aplicados al robot IRB 140.

Segmentación de espectrograma de patrones por convolución de modelo-base aplicado a señales con ruido aditivo

2024-11-30T10:40:23-06:00

El presente trabajo establece un método convolucional por segmentación de espectrograma para detectar señales discretizadas con un patrón espectral de interés y que está contaminada con ruido aditivo, donde la detección por espectrograma estándar tiende a no ser el procedimiento más eficiente. Para lograr dicho objetivo se propone una metodología de tres pasos: generación de un modelo-base de patrones de interés con características similares a identificar, extraer la norma de la transformada Gabor discreta de la señal a identificar en convolución con los patrones del modelo-base, umbralizar el resultado del paso anterior para limitar el contenido espectral del ruido e identificar los patrones resultantes. Se compara este método con los tradicionales de convolución de funciones seno/coseno (espectrograma) y se marcan las ventajas y desventajas de ambos. Para su validación se implementa código en Matlab 2024a del algoritmo propuesto. Finalmente se hacen comentarios de trabajos futuros sobre la identificación de señales de ondas gravitacionales inmersas en señales con ruido en los que se puede aplicar la metodología para encontrar dichos patrones.

Jupyter notebook como auxiliar en la enseñanza de ecuaciones diferenciales con experimentos

2024-12-03T09:40:29-06:00

Las herramientas didácticas y la tecnología de la información actuales, al ser aplicadas a la enseñanza de las ciencias, permiten demostrar y divulgar de manera atractiva y cautivante las aplicaciones de las ecuaciones diferenciales por medio de experimentos básicos que motivan a los estudiantes a profundizar en el tema al encontrar un sentido práctico a las formalidades que se les transmiten en los salones de clase y que es común que perciban como un obstáculo que casi nunca contribuye a mejorar su desempeño profesional. Las ecuaciones diferenciales ordinarias son herramientas fundamentales para las diversas ramas de las ciencias y la ingeniería, dado que son ampliamente utilizadas en la descripción formal de los fenómenos y procesos involucrados en el desarrollo tecnológico. Dada su importancia, en los programas de estudio de educación superior en ingeniería, son de suma importancia los cursos dedicados al tema de las ecuaciones diferenciales, donde se abordan los métodos analíticos y numéricos utilizados para su solución. En este trabajo se proponen dos ejemplos de aplicación de las ecuaciones diferenciales al estudio de sistemas físicos, utilizando una tarjeta Arduino Due y el ambiente de programación JupyterLab.

Desarrollo y análisis de la integración de la dinámica del motor en el modelo de un actuador elástico en serie con detección de fuerza de reacción.

2024-11-30T10:40:22-06:00

Hoy en día las investigaciones con el actuador elástico en serie con fuerza de reacción (RFSEA) consideran principalmente las dinámicas asociadas a sus elementos mecánicos en su modelado matemático, obviando las implicaciones generadas con la dinámica asociada a la parte eléctrica del sistema, es decir, se omite la relación entre el par generado con el voltaje aplicado. El hecho de incluir los componentes eléctricos en el modelo dinámico aumenta la representatividad en simulación del RFSEA aumentando su confianza en aplicaciones experimentales. En el presente trabajo, se desarrolla la integración de la dinámica del motor en el modelo de un RFSEA. Se evalúan las propiedades de controlabilidad, observabilidad y estabilidad del sistema. También se analiza su comportamiento electromecánico tanto en simulación como en experimentación, considerando un controlador proporcional integral derivativo (PID) para un problema de seguimiento de trayectoria. Los resultados muestran que la simulación numérica presenta una diferencia en el error RMS alrededor del 50.98% y del 36.67%con respecto a los resultados experimentales con las señales adquiridas de forma directa y filtradas, respectivamente, lo que corrobora la efectividad del modelo.

Diseño e implementación de un sistema mínimo neumático para robots suaves

2024-11-30T10:40:21-06:00

La robótica suave, un campo emergente en la ingeniería robótica, ha avanzado significativamente en los últimos años. Estos robots, fabricados con materiales elastoméricos, pueden ejecutar movimientos altamente flexibles, imitando organismos biológicos. Son útiles en entornos médicos, asistencia personal, rehabilitación y manipulación de objetos delicados. Los robots suaves incluyen un actuador suave y un mecanismo de actuación, destacando los actuadores neumáticos tipo PneuNet, que funcionan con una red de cámaras de elastómero que se expanden con aire comprimido para generar movimientos precisos. El sistema neumático tradicional es complejo y voluminoso, lo que ha impulsado la necesidad de soluciones más compactas. Se propone el desarrollo de un prototipo neumático portátil que emplea microcompresores de aire capaces de suministrar presiones superiores a 200 KPa, junto con válvulas solenoides y sensores de presión controlados por microcontroladores. Esto permite una monitorización de la presión interna y el grado de deformación, reduciendo tamaño y costo de los componentes necesarios para el suministro de aire presurizado.

Diseño e implementación de un controlador para un sistema líder-seguidor

2024-11-30T10:40:21-06:00

Este trabajo propone una estrategia de seguimiento entre un cuadricóptero y un vehículo terrestre. Dicha estrategia integra técnicas de visión por computadora, programación, técnicas de linealización exacta, controladores PID, adaptados para operar en un dron comercial. Destacando la configuración de sistemas multiagentes, la estrategia de seguimiento se basa en un arreglo líder-seguidor con agentes heterogéneos; el líder es terrestre y el seguidor es aéreo. El diseño de la estrategia considera que el seguidor realiza la ejecución del algoritmo de seguimiento de manera autónoma, sin asistencia de cómputo externa (sistema embebido), y que no existe un intercambio bilateral de información. A pesar de la comunicación unilateral entre el cuadricóptero y el vehículo terrestre, la combinación de técnicas y controladores aplicados permite al dron realizar la tarea de seguimiento, utilizando la menor cantidad de recursos posible Esto demuestra cómo la integración de disciplinas diversas puede resolver desafíos específicos en el campo de los sistemas autónomos, robóticos y mecatrónicos.

Construcción e instrumentación de una plataforma experimental de un Robot Colaborativo

2024-11-30T10:40:21-06:00

Este artículo propone la construcción de una plataforma experimental de un Cobot, destinada a fines pedagógicos. La estructura del Cobot se fabrica mediante técnicas de manufactura aditiva del tipo modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés, Fused Deposition Modeling), basada en el modelo EB-15 de "ToolBox Robotics". Para los actuadores se utilizan motores paso a paso con encoders. La transmisión de potencia hacia los eslabones se realiza a través de un engranaje planetario construido con PLA-CF (por sus siglas en inglés, Polylactic Acid reinforced with Carbon Fiber), con el objetivo de mejorar la resistencia y durabilidad de estos componentes críticos. Para la estructura externa, se emplea PLA estándar. Finalmente, la manipulación del Cobot se lleva a cabo mediante la instrumentación de cada una de las articulaciones, utilizando las tarjetas de desarrollo ESP32 y Arduino.

Plataforma experimental que emula la dinámica de orientación de nanosatélites

2024-11-30T10:40:21-06:00

Desde sus orígenes, la humanidad ha deseado conocer y explorar la inmensidad del espacio exterior. Comenzando con relatos literarios como El sueño o Astronomía de la Luna de Johannes Kepler, considerada por Isaac Asimov y Carl Sagan como la primera novela de ciencia ficción de la historia. Hasta impulsos discordantes como la Carrera Espacial, comenzada el 29 de julio de 1955 por el presidente Dwight Eisenhower de EEUU, cuando declaró que lanzarían un satélites para contribuir al Año Geofísico Internacional (1957-58). Aunque este tipo de desarrollos tecnológicos y científicos son propios de países de altos ingresos o “primermundistas”, países de bajos recursos, como México, deben de buscar alternativas costeables para poder contribuir a estos quehaceres. Razón por la cuál, en el presente manuscrito se propone el diseño, la puesta en marcha y el control de una plataforma experimental inspirada en un CubeSat, satélite diseñado para orbitar alrededor de la Tierra, cuya estructura es escalable en cubos de 0.1 m³ de arista y masa inferior a 1.33[k]. Así como un análisis matemático para garantizar el control y la manipulación de la velocidad y el sentido de giro de una rueda de reacción inercial para orientar el posicionamiento de dicha plataforma. Como consigna, la plataforma pueda realizar seguimiento a una fuente de luz, a fin de demostrar una aplicación industrial ampliamente utilizada en el sector aeroespacial.

Optimización del comportamiento de flujo en un impulsor centrífugo radial mediante el rediseño del borde de ataque

2024-11-30T10:40:23-06:00

Este estudio investiga la mejora del comportamiento del flujo en un impulsor centrífugo radial mediante el rediseño del borde de ataque del álabe. Utilizando técnicas avanzadas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), se analizaron tres configuraciones distintas de borde de ataque para evaluar su impacto en la eficiencia y el rendimiento del impulsor. El diseño del impulsor fue llevado a cabo en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco. El análisis reveló que el borde de ataque original no alcanzó la altura de presión proyectada, debido a una recirculación que afectó negativamente la transferencia de momento y la elevación de presión. En contraste, la implementación de un borde de ataque redondeado mejoró significativamente la distribución de la presión y la eficiencia del flujo, reduciendo la recirculación indeseada. Los resultados indican que el diseño geométrico del borde de ataque es un factor crucial para optimizar el rendimiento del impulsor, y la configuración redondeada demostró ser la más eficiente en términos de estabilidad operativa y aumento de presión. Este estudio proporciona una base para el diseño de impulsores más eficientes.

Transformación agrícola: implementación de un sistema de Monitoreo IoT para la gestión inteligente de cultivos

2024-11-30T10:40:22-06:00

El avance de las tecnologías contemporáneas está revolucionando diversos sectores, y la agricultura no es una excepción. La internet de las cosas (IoT) ha emergido como una herramienta poderosa para optimizar el uso de los recursos y mejorar la productividad en la agricultura. Este estudio presenta el desarrollo de un sistema de monitoreo agrícola que emplea el microcontrolador ESP32, integrado con una variedad de sensores. Los datos recopilados son transmitidos mediante un módulo LoRa®, lo que permite la monitorización remota y en tiempo real de las condiciones del cultivo. Estos datos se almacenan en una base de datos y se visualizan en una página web, proporcionando una visión del estado de los cultivos, incluyendo niveles de riego y posibles afectaciones.

Prototipo de satélite CanSat: Un Enfoque Interdisciplinario en Educación STEM

2024-11-30T10:40:21-06:00

Se aborda la solución a una problemática, auxiliada por la educación interdisciplinaria de establecer las comunicaciones de un satélite con una estación terrena, se requiere de habilidades tanto duras como blandas. Estas habilidades permiten brindar soluciones enmarcadas en la ciencia espacial y la ingeniería de comunicaciones, apoyadas por la tecnología de sistemas embebidos. Logrando dar certidumbre al enlace satelital, mediante la estimando matemáticamente la viabilidad de la cobertura de comunicaciones. El análisis de la educación interdisciplinaria integra conocimientos obtenidos de la práctica para resolver problemas complejos, tales como las comunicaciones satelitales. Se evaluaron las tecnologías LoRa y ZigBee para la comunicación de un CanSat, un prototipo de satélite en miniatura utilizado en misiones científicas y tecnológicas. En el campo de la ciencia y la ingeniería aeroespacial. Como resultado, LoRa (Long Range) logra un mayor rango de transmisión en comparación con ZigBee, siendo ideal para aplicaciones que requieren comunicación a larga distancia, mientras que ZigBee es adecuado para distancias cortas en entornos interiores.

Diseño de una mesa vibratoria de 3 grados de libertad para pruebas sísmicas de estructuras civiles a escala

2024-11-30T10:40:21-06:00

En el presente artículo se propone el diseño de una mesa vibratoria de tres grados de libertad para pruebas sísmicas en estructuras civiles a escala. El diseño conceptual de la máquina se desarrolló aplicando el método del diseño basado en funciones, en donde primero se establece una función global y, después, se desglosan las subfunciones y se identifica el orden de ejecución de las misma, así como el flujo de información. A partir del desglose de subfunciones, se establece una tabla morfológica de conceptos de para cada función y, me mediante la técnica de evaluación de conceptos de Pugh, se realiza la selección de componentes. La configuración definitiva de la mesa consiste en tres mesas paralelas, para lo cual se genera un modelo de dibujo asistido por computadora (CAD, por sus siglas en inglés) de SolidWorks®. El movimiento de la mesa se simula con base en un perfil de posición versus tiempo, calculados a partir de la integración numérica de los acelerogramas obtenidos de los eventos sísmicos de 1985 en la ciudad de México, utilizando un esquema de Matlab-Simulink. Finalmentre, se determinan los esfuerzos flexionantes máximos a soportar en las guías en función del desplazamiento del sistema

Análisis numérico de la infiltración de contaminantes en la cuenca del Río Tula

2024-11-30T10:40:21-06:00

Este estudio aborda la infiltración de contaminantes hacia el subsuelo en los cauces naturales y canales de irrigación en la cuenca hidrológica del río Tula, transportados desde del sistema de drenaje profundo de la Ciudad de México y las plantas industriales en la región del Valle del Mezquital, en Hidalgo, México. Utilizando un conjunto de datos basados en registros históricos, recopilados de múltiples publicaciones, se implementaron simulaciones numéricas para analizar la dinámica de transporte y acumulación de contaminantes hacia el subsuelo, enfocado en la concentración metales pesados Pb, As, Hg y Cd, con un enfoque particular en las implicaciones para la agricultura y en los acuíferos de consumo humano. Los resultados preliminares indican distribuciones significativas de contaminación que afectan directamente a población que radica en las zonas aledañas a las áreas de riego agrícola, destacando la necesidad urgente de estrategias de mitigación y políticas más robustas para proteger los recursos hídricos.

Diseño y análisis de túnel de viento subsónico para laboratorio de aerodinámica

2024-11-30T10:40:21-06:00

En el presente documento se presenta el proceso de diseño y simulación de un túnel de viento subsónico de circuito abierto para pruebas aerodinámicas, como parte de un proyecto para desarrollar equipos para el Laboratorio de Aerodinámica del Programa de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad Popular Autónoma de Puebla. El diseño tiene como objetivo realizar pruebas en modelos con una envergadura de 30 cm a velocidades de al menos 60 m/s en una sección de prueba con una longitud total de 6 metros, manteniendo un bajo porcentaje de turbulencia. Además, el dispositivo fue diseñado para reducir los costos de fabricación y optimizar cada elemento para cumplir con los requisitos operativos. Los resultados obtenidos indican la velocidad máxima alcanzada y la distribución uniforme del flujo de aire dentro de la cámara de prueba.

Proceso de evaporación, caracterización y cálculo del FC de SiO2

2024-11-30T10:40:23-06:00

En este trabajo se describe de manera general las condiciones de uso de una máquina evaporadora de la marca Balzers, modelo BA510A y un cañón de electrones de la marca Island e-Beam, modelo HVCEB-8. Se explica el proceso para realizar depósitos de dióxido de silicio sobre sustrato de vidrio F2, utilizando una razón de depósito de 3.0 Å/s. Se presenta los resultados de medición en transmitancia realizados en un Espectrofotómetro de la marca Perkin Elmer, modelo Lambda 3B correspondiente a las películas depositadas de 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm y 400 nm de espesor. Se describe el procedimiento para diseñar películas delgadas con las características similares a las experimentales utilizando el software FilmStar en su versión gratuita. Posteriormente se describe una forma de calcular el factor de corrección para futuros depósitos de dióxido de silicio. Finalmente, se agrega una parte de discusiones donde se expone las limitaciones de nuestro estudio y la manera de minimizarlas

Productividad de granjas de manufactura aditiva en la cadena de suministro industrial

2024-11-30T10:40:22-06:00

En esta investigación se evalúan las variables de productividad que evidencian que la manufactura aditiva es una herramienta tecnológica que permite a la industria fabricar piezas de refaccionamiento de bajo volumen frente a tecnologías convencionales como el moldeo por inyección plástica. Se utiliza una metodología donde se analizan los costos de materiales e inventario de refacciones, se mide la productividad y escalabilidad de la granja mediante los KPI’s (Tasa de utilización de la capacidad, Tiempo de ciclo de producción, Rendimiento de primera pasada (First-pass yield), Tasa de desecho (Scrap rate), Velocidad de producción, Costo por pieza producida, Tiempo medio entre fallas (Mean time between failures - MTBF)). Las conclusiones demuestran que las granjas de impresión 3D son una opción viable para enfrentar los retos de suministro de refacciones que no están en stock, tardan mucho tiempo en ser enviadas por los proveedores o ya no se encuentran en el mercado por su antigüedad. Se concluye con un comparativo entre la inyección plástica y la manufactura aditiva del caso de estudio.

Diseño de una máquina para pruebas de absorción de vibraciones en metamateriales mecánicos

2024-11-30T10:40:23-06:00

En este trabajo se presenta el diseño de un dispositivo para pruebas de absorción de vibraciones en metamateriales mecánicos fabricados por impresión 3D. Se presenta la metodología de diseño para obtener el diseño conceptual de la máquina de vibración, la selección de elementos electrónicos y mecánicos, y la instrumentación del sistema. Asimismo, se propone una metodología experimental para determinar las propiedades de absorción de vibraciones de metamateriales impresos en 3D con materiales poliméricos. Se analiza la absorción de vibraciones de un metamaterial mecánico impresos en material de resina. Por otro lado, se realizan simulaciones de vibración en un software de Ingeniería Asistida por Computadora, para comparar los resultados experimentales obtenidos con la máquina de vibraciones. También se evalúa numéricamente la capacidad de absorción de un metamaterial con geometría fractal. Se discuten las propiedades de absorción de vibraciones de los metamateriales y se analiza sus posibles aplicaciones como atenuadores de vibraciones en diferentes áreas de la ingeniería y la industria.

La inteligencia artificial, estudio de su evolución y aplicación en México

2024-11-30T10:40:21-06:00

La inteligencia artificial (IA) ha emergido como una de las tecnologías más transformadoras del siglo XXI, motivada mayormente por mejorar el día a día de las personas y por esa curiosidad interminable característica de la humanidad, transformando y revolucionando sectores tan diversos que van desde la medicina, la educación, el comercio, la agricultura y la industria entre los principales. México, forma parte de los mercados con gran atracción a nivel global en este tópico donde, ha comenzado también a explorar y a implementar diversas aplicaciones de IA en varias áreas, reconociendo su potencial para lograr impulsar el desarrollo tanto económico como social. El presente trabajo tiene como objetivo analizar la evolución de la IA, así como su aplicación en México, considerando tanto los avances tecnológicos, como las implicaciones socioeconómicas. Aportando una visión amplia sobre la evolución y aplicación de la inteligencia artificial en México, destacando tanto los logros como los desafíos futuros, proporcionando una base sólida para comprender el contexto nacional en torno a esta tecnología emergente.

Efectos del Uso de Agujeros de Aligeramiento en Engranes Rectos para la Industria Aeroespacial

2024-11-30T10:40:22-06:00

En la industria aeroespacial, el uso de los engranes rectos ha tenido un gran impacto en el desempeño de múltiples sistemas de aeronaves modernas. Por ejemplo, esté tipo de engranajes se utiliza en la caja de engranes de los accesorios de las turbinas, que sirve para proporcionar la energía mecánica de arranque de los motores a través de sus componentes. Además, suelen utilizarse en diferentes accesorios necesarios para el funcionamiento y operación de la aeronave. El uso de agujeros de aligeramiento en los engranajes de la aeronave sirve para reducir su peso y, por consiguiente, mejorar el consumo de combustible de la aeronave. Este trabajo de investigación se enfocó a realizar un análisis de la sensibilidad que permite determinar el número máximo y características de los agujeros que se deben maquinar a través del alma del engrane para reducir su peso sin comprometer su integridad estructural. Por otro lado, se busca mejorar la comprensión de los agujeros de aligeramiento y establecer modelos matemáticos que permitan a los diseñadores de aeronaves comprender los efectos mecánicos de estos agujeros sobre la rigidez radial, torsional, y las frecuencias naturales en este tipo de dispositivos mecánicos. Los resultados del análisis de sensibilidad mostraron que es posible maquinar entre 3 y 5 agujeros en el alma del engrane que abarquen hasta un 80% de la altura del alma sin comprometer su integridad estructural. Además, el estudio del diseño de experimentos y las simulaciones en elemento finito mostraron que el uso de agujeros en el alma tiene un efecto más significativo en la rigidez que en la masa removida, por lo que las frecuencias naturales se reducen aumentando el riesgo de una falla en el cuerpo del engrane, si no se tiene cuidado en la remoción de material.

Modelo equivalente de placa con orificio para tramo de tubo y codo a 90 grados

2024-11-30T10:40:22-06:00

Se desarrollaron modelos matemáticos equivalentes de placa con orifico usando un diseño de experimentos de factorial completo, y simulaciones en elemento finito, para estimar la caída de presión, y la pérdida de carga de un lubricante mientras pasa por el sistema de lubricación de un motor de turbina. Esta caída de presión se obtiene calculando el diámetro interior de una placa de orificio, este modelo equivalente funcionará como sustituto de diferentes componentes que intervienen en el sistema de lubricación, como tubos largos horizontales y codos de noventa grados. Los parámetros utilizados en estos cálculos se basan en el estudio de la dinámica de fluidos, como la ecuación de Bernoulli, el número de Reynolds; conservación de masa y energía; ecuación de Colebrook; entre otros. Los cálculos de pérdida de presión y carga se realizan mediante una hoja de cálculo, herramienta que permitirá obtener parámetros de presión de un sistema de lubricación utilizando, placas con orificio como accesorios equivalentes.

Optimización de Diseño en Sellos tipo “O-ring” para la Industria Aeroespacial

2024-11-30T10:40:22-06:00

El presente proyecto de investigación establece criterios generales para el diseño estático de “O-rings” en aplicaciones de configuración radial, usados en sistemas que confinan fluidos presurizados comunes en la industria Aeroespacial. Además de establecer los espacios de diseño en base a un diseño de Experimentos (DOE), y el uso de MINITAB en donde se muestran los parámetros importantes para el diseño, y la metodología empleada para la optimización de un diseño de configuración radial. Finalmente, se documenta la simulación de un elastómero típico (FKM) en elemento finito para entender la respuesta anticipada de un elastómero bajo una carga compresiva. El fluoro-carbono (FKM) tiene una excelente resistencia a altas temperaturas, ozono, oxígeno, aceite mineral, fluidos hidráulicos sintéticos, combustibles, compuestos aromáticos y muchos solventes y productos químicos orgánicos. El estudio de MEF comprende diferentes tamaños de O-ring (0.070 a 0.275 pulgadas de sección transversal) a diferentes niveles de compresión, ya que estos resultados son muy importantes para determinar la fuerza necesaria para la instalación y desinstalación de los O-rings dentro de las cavidades a sellar. La optimización de un diseño con el uso de estas herramientas se hace de manera muy fácil y rápida, haciendo más eficiente el proceso de un rediseño, o evaluación de un producto no-conforme en la industria.

Determinación de la resistencia a la compresión de concreto elaborado con ceniza proveniente de madera de cedro común a diversas concentraciones

2024-11-30T10:40:22-06:00

En el presente trabajo se realiza la determinación de la resistencia a la compresión de especímenes de concreto con incorporación de ceniza proveniente de la quema de leña de cedro común (cupressus sempervirens) en sustitución de cemento portland a porcentajes de 15%, 25%, 40%, 50%, 65%, 75% Y 100%. La dosificación y cálculo de mezclas se realizó con base en la normatividad de Instituto Americano del Concreto (ACI, por sus siglas en inglés) para concretos de resistencia de 200 kg/cm², mientras que el análisis granulométrico y selección de agregados, procedimiento de elaboración, determinación del contenido de humedad y de resistencia a la compresión se realizaron con base en las reglamentaciones respectivas del Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación (ONNCCE). Con base en los resultados obtenidos, se determina el porcentaje óptimo de incorporación de ceniza en función del aumento de resistencia a la compresión para determinar su posible aplicabilidad en la localidad de realización del estudio, a la vez que se elabora una comparativa con los resultados provenientes de otras investigaciones

Remoción de azul de toluidina a partir de cáscara de tomate y reutilización en fabricación de base de sillas

2024-11-30T10:40:22-06:00

La contaminación del agua es un problema prioritario a nivel global, siendo la industria textil de los principales sectores que contribuyen al mismo con la liberación de altas cantidades de colorantes orgánicos y variedad de iones de metales pesados por mencionar algunos. Si hablamos de los métodos de remoción para eliminar colorantes en agua, los biosorbentes entran como una buena opción, al presentar ventajas como su bajo costo, fácil disponibilidad, carácter ecoamigable y altas eficiencias. En este trabajo describimos la remoción del colorante azul de toluidina (AT) a partir del residuo de cáscaras de tomate y obteniendo un porcentaje de eficiencia entre 70-80. La combinación de biomasa de cáscara de tomate (CT) con el colorante adsorbido AT y en mezcla con alcohol polivinílico (PVA) se reutilizó para la fabricación de prototipos base de sillas. A estos prototipos se les midieron sus propiedades mecánicas las cuales fueron superiores al control realizado con solo PVA.

Interfaz gráfica para la simulación del modelo extendido mínimo de Bergman

2024-11-30T10:40:21-06:00

En este trabajo de investigación, se presenta el desarrollo de una interfaz gráfica en Python para la simulación del modelo mínimo de Bergman, el cual describe la interacción entre la glucosa y la insulina en pacientes con diabetes tipo 1. El modelo fue implementado en una interfaz que permite la simulación de diferentes escenarios de la enfermedad, facilitando el análisis de cómo diversos parámetros influyen en las dinámicas glucosa-insulina. La validación del modelo se llevó a cabo mediante comparaciones con estudios previos, confirmando su precisión en la representación de estas interacciones. Como resultado, se logró crear una herramienta que facilita la exploración y el estudio de las dinámicas de glucosa e insulina en diferentes condiciones, proporcionando una base para futuras investigaciones en el control de la glucosa en diabetes tipo 1.

Síntesis y caracterización de biopelículas de almidón para el estudio de las propiedades de liberación de vitamina B12

2024-11-30T10:40:22-06:00

Las biopelículas son capas delgadas hechas de polímeros naturales, son biodegradables y se utilizan en diversas aplicaciones como el envasado de alimentos, la agricultura y la medicina, debido a sus propiedades sostenibles. En este trabajo se elaboraron películas de almidón adicionadas con vitamina B12. Se evaluaron sus propiedades mecánicas, térmicas, físicas, biológicas y la capacidad de liberación de vitamina B12 en un medio fisiológico simulado. Las películas mostraron un aumento en su capacidad de estiramiento a mayor cantidad de glicerol. Las películas presentaron una temperatura de pérdida de masa máxima alrededor de los 250 y 350 °C, sin embargo, no mostraron patrones visibles de temperatura de transición vítrea o temperatura de fusión, por último, las biopelículas demostraron ser capaces de liberar vitamina B12 de manera sostenida por cuatro horas, con porcentajes de liberación de hasta el 69%, lo cual indica una oportunidad de desarrollar un nuevo material médico.

Soluciones filmogénicas aplicado a nopales como recubrimiento comestible

2024-11-30T10:40:21-06:00

Los cladodios son perecederos durante su almacenamiento, por lo que se requiere implementar tecnologías que prolonguen su vida útil. El presente estudio evaluó el efecto de los recubrimientos a base de soluciones filmogénicas de almidón de maíz (AM) y yuca (AY) en cladodios frescos. Se determinó acidez, firmeza y pérdida de peso; así como también, las propiedades mecánicas y permeabilidad al vapor de agua de películas. Se prepararon 5 mezclas de AM y AY con concentraciones del 1 al 5% para recubrir los cladodios. El recubrimiento AM5 % – AY5 % mostró tener menor pérdida de peso, mayor firmeza, manteniendo la acidez a 0.307 % respecto al control (0.267 %) y una opacidad (ΔE 18.57 ± 0.2) que puede estar relacionada con la pérdida de humedad debido el paso de luz. Así mismo, conservaron su firmeza y pérdida de peso durante los 8 días. Por lo que, esta formulación puede ser una alternativa para conservar la vida postcosecha de los cladodios.

Diseño de un sistema de gestión operación de seguidores solares basado en un clasificador difuso de parámetros ambientales

2024-11-30T10:40:22-06:00

Este trabajo propone el diseño de un sistema enfocado en mejorar el proceso de gestión de operación y desactivación de un seguidor solar (SS) basado en lógica difusa. Lo anterior debido a que los SS usualmente se desactivan ante condiciones climáticas adversas siguiendo un principio de operación que se rige por comparaciones simples entre umbrales y parámetros asociados a las condiciones climáticas y, en consecuencia, se pierde de vista la energía disponible. Para validar la propuesta se realizó un procedimiento experimental que consta de dos etapas. La primera, se refiere a la prueba y ajuste del clasificador en un ambiente de simulación empleando escenarios que reproducen eventos registrados en bases de datos climáticas de la CDMX, así como su integración en un SS existente, y luego en la segunda etapa, se provee un análisis comparando los periodos de desactivación obtenidos con las condiciones reales. Finalmente se brindan conclusiones y propuestas de trabajo a futuro.

Comparación de algoritmos de planeación de ruta para un robot móvil tipo Ackermann mediante ROS

2024-11-30T10:40:22-06:00

Este trabajo se centra en la comparación de tres algoritmos de planeación de ruta en un robot móvil tipo Ackermann. Los algoritmos evaluados son A*, Dijkstra y Campos Potenciales Artificiales, los cuales fueron implementados en un robot comercial. La evaluación se realizó en un entorno controlado, usando visión por computadora para localizar el robot y los obstáculos. Los algoritmos fueron comparados considerando: tiempo de ejecución, error de seguimiento de trayectoria del robot móvil y longitud del camino. Se utilizó el controlador Stanley para el seguimiento de trayectoria. Además, se adaptaron los algoritmos para abordar las limitaciones geométricas del robot Ackermann, como su radio máximo de giro. La implementación se realizó tanto en simulación como en un entorno real utilizando ROS (Robot Operating System). Se analizaron las trayectorias generadas por cada algoritmo y se evaluó su desempeño en condiciones reales y simuladas.

Aplicaciones de control activo de actitud para cohetes basadas en un arreglo de ruedas de reacción reconfigurables

2024-11-30T10:40:21-06:00

Las ruedas de reacción son actuadores sumamente útiles para el control de actitud (orientación) de diversos cuerpos aeroespaciales; por ejemplo, satélites, aeronaves, aviones, drones y cohetes. Entre sus virtudes se encuentran la alta durabilidad, controlabilidad, eficiencia, limpieza y rendimiento. Estas propiedades se potencializan si las ruedas de reacción se hallan en grupos de dos
o más actuadores, denominados como arreglos. Sin embargo, una de las áreas de oportunidad para los últimos es la pérdida de un grado de libertad cuando una de ellas entra, de manera irreversible, en modo de falla; lo que podría implicar el fracaso de la misión para el objeto aeroespacial y desplazarlo al abrupto fin de su vida útil. Si bien esta propiedad denominada como redundancia ha sido motivo de estudio en épocas recientes, no existe una solución tal que garantice la continuidad de la misión del objeto aeroespacial bajo el escenario de falla fatal para una, o más, ruedas de reacción de un arreglo.
Con el fin de subsanar la problemática anterior, en este trabajo se realizó una propuesta de ingeniería basada en el uso de un modelo matemático para cohetes que permita reubicar las ruedas de reacción de un arreglo en su interior de una manera dinámica, independiente y segura, con el fin incrementar la redundancia de los actuadores, y con ello, asegurar la continuidad de la misión.