Impact of automation on enhancing energy quality in grid-connected photovoltaic systems

Virgilio Alfonso Murillo Rodríguez NOE VILLA VILLASEÑOR José Manuel Robles Solís OA Guirette-Barbosa (2023, [Artículo])

Rapid growth in the integration of new consumers into the electricity sector, particularly in the industrial sector, has necessitated better control of the electricity supply and of the users’ op-erating conditions to guarantee an adequate quality of service as well as the unregulated dis-turbances that have been generated in the electrical network that can cause significant failures, breakdowns and interruptions, causing considerable expenses and economic losses. This research examines the characteristics of electrical variations in equipment within a company in the industrial sector, analyzes the impact generated within the electrical system according to the need for operation in manufacturing systems, and proposes a new solution through automation of the regulation elements to maintain an optimal system quality and prevent damage and equipment failures while offering a cost-effective model. The proposed solution is evaluated through a reliable simulation in ETAP (Energy Systems Modeling, Analysis and Optimization) software, which emulates the interaction of control elements and simulates the design of electric flow equipment operation. The results demonstrate an improvement in system performance in the presence of disturbances when two automation schemes are applied as well as the exclusive operation of the capacitor bank, which improves the total system current fluctuations and improves the power factor from 85.83% to 93.42%. Such a scheme also improves the waveform in the main power system; another improvement result is when simultaneously operating the voltage and current filter together with the PV system, further improving the current fluctuations, improving the power factor from 85.83% to 94.81%, achieving better stability and improving the quality of the waveform in the main power grid.

This article belongs to Special Issue Advances and Optimization of Electric Energy System.

Power quality Capacitor bank Voltage and current filter Photovoltaic system INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Diseño y desarrollo de dispositivo de sujeción hidráulica para el proceso de brochado

Design and development of hydraulic clamping device for broaching process

Jorge Morales Carlos Álvarez Raúl Pérez Bustamante (2023, [Artículo])

Se desarrollo un dispositivo de sujeción hidráulica para el proceso de brochado de Brackets usados en los sistemas de frenado de automóviles, que permite reducir la variación del proceso de corte al mejorar el sistema de sujeción y con ello limitar la deformación de la pieza luego de haber sido procesada. Con este concepto de dispositivo es posible mejorar las condiciones del proceso de producción, como lo son: velocidad de corte, reducción de tiempo ciclo, rendimiento de la operación, reducción de costo de scrap, y reducción de tiempo muerto por sobre ajuste de proceso y cambio de modelo. Adicional, se hizo el desarrollo de un sistema de detección de pieza presente que permite captar cuando una pieza no es colocada correctamente en el dispositivo antes de iniciar el ciclo de corte, con esto es posible detectar fallas en el proceso que representen un riesgo para la operación. Durante la etapa de diseño se realizó una simulación del proceso de maquinado en condiciones extremas y condiciones ideales para medir la deformación de la pieza y con esto obtener los parámetros adecuados de corte para la puesta en marcha del dispositivo de sujeción. Para la validación del modelo, se realizó un estudio de habilidad de proceso Cpk y Ppk (acorde a los requerimientos de cliente) para evaluar que el nuevo proceso es eficiente y se encuentra bajo control.

A hydraulic clamping device was developed for the broaching process of Brackets used in automotivebraking systems, which allows reducing the variation of the cutting process by improving the clamping system andthereby limiting the deformation of the piece after having been processed. With this concept of device, it is possibleto improve the conditions of the production process such as: cutting speed, cycle time reduction, operationperformance, scrap cost reduction, and downtime reduction due to process over-adjustment and change over.Additionally, the development of a part detection system was made that allows capturing when a part is not correctlyplaced in the device before starting the cutting cycle, with this it is possible to detect failures in the process thatrepresent a risk to the operation. During the design stage, a simulation of the machining process was carried outin extreme conditions and ideal conditions to measure the deformation of the part and with this obtain theappropriate cutting parameters for the implementation of the clamping device. For the validation of the model, aCpk and Ppk process ability study was carried out (according to customer requirements) to assess that the newprocess is efficient and is under control.

Agradecemos al Centro de Investigación y Asistencia Técnica del Estado de Querétaro, A.C. (CIATEQ) y a la empresa donde fue desarrollado el proyecto por todas las facilidades otorgadas para la realización de dicho proyecto, de igual manera, agradecer por el apoyo brindado a todas las personas involucradas directa o indirectamente en el desarrollo de este trabajo.

Agradecimientos de autoría: Jorge Alberto Morales Martínez: Conceptualización; Metodología; Software; Análisis formal; Investigación; Adquisición de fondos; Recursos; Análisis de datos; Borrador original; Administración de proyecto, Revisión y edición. Carlos Marín: Conceptualización; Ideas; Análisis de datos; Software; Análisis formal y Supervisión. Raúl Pérez Bustamante: Revisión y edición.

Dispositivo de sujeción Proceso de brochado Bracket Sistema de frenado Parámetros de corte Cpk Ppk Clamping device Broaching process Brake system Cutting parameters INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Universal fixation system for pad printing of plastic parts

JOSE ALEJANDRO FERNANDEZ RAMIREZ (2023, [Artículo])

Pad printing is used in automotive, medical, electrical and other industries, employing diverse materials to transfer a 2D image onto a 3D object with different sizes and geometries. This work presents a universal fixation system for pad printing of plastic parts (UFSP4) in response to the needs of small companies that cannot afford to invest in the latest technological advances. The UFSP4 comprises two main subsystems: a mechanical support system (i.e., support structure, jig matrix and braking system) and a control system (i.e., an electronic system and an electric-hydraulic system). A relevant feature is the combination of a jig matrix and jig pins to fixate complex workpieces with different sizes. Using finite element analysis (FEA), in the mesh convergence, the total displacement converges to 0.00028781 m after 12,000 elements. The maximum equivalent stress value is 1.22 MPa for the polycarbonate plate in compliance with the safety factor. In a functionality test of the prototype performed in a production environment for one hour, the jigs fixed by the plate did not loosen, maintaining the satisfactory operation of the device. This is consistent with the displacement distribution of the creep analysis and shows the absence of the creep phenomenon. Based on FEA that underpinned the structural health computation of the braking system, the prototype was designed and built, seeking to ensure a reliable and safe device to fixate plastic parts, showing portability, low-cost maintenance and adaptability to the requirements of pad printing of automotive plastic parts.

Use of AI tools declaration: The authors declare they have not used Artificial Intelligence (AI) tools in the creation of this article.

Acknowledgments: To the company Plásticos Decorados and Centro de Tecnología Avanzada (CIATEQ A.C.) for the facilities and support to carry out this work. To the Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías (CONAHCYT) for a Ph.D. scholarship support number 500839 and CONAHCYT SNI.

Conflict of interest: The authors declare there are no conflicts of interest.

Modular fixtures Jig matrix Prototype design Pad printing Fixture methods INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Optimización del proceso de estampado en la empresa Rivian: aplicación del método SMED

Diego Rodríguez Arroyo Luis Alberto Cáceres Díaz ISABEL PEREYRA LAGUNA (2023, [Artículo])

En la era actual, la industria automotriz se encuentra en un estado de transformación constante, impulsado principalmente por la rápida integración de tecnologías emergentes. Aquellas empresas que logran destacar son las que no sólo innovan en diseño y funcionalidad, sino también en la eficiencia productiva. Rivian, una prominente empresa estadounidense especializada en vehículos eléctricos destaca por sus audaces diseños y su compromiso con la sostenibilidad. No obstante, al adentrarse en el funcionamiento interno de sus plantas de producción, surgen ciertos desafíos. En particular, en las instalaciones de la planta de Rivian, se ha detectado que el proceso de estampado, esencial para modelar las piezas de acero de sus vehículos, representa un cuello de botella con gran área de oportunidad que requiere una pronta intervención debido al tiempo muerto que impacta a la producción, entre éstas, la alimentación del material a la prensa de estampado, donde actualmente existen muchas actividades manuales que ocasionan tiempo extra de operación, el cual se puede reducir mediante la automatización de algunas operaciones. En este artículo, se presenta un desarrollo detallado sobre la implementación y optimización del proceso en una prensa de estampado, utilizando la metodología intercambio de troqueles en un solo minuto (SMED por sus siglas en inglés) para maximizar y mejorar la eficiencia de los recursos y satisfacer la demanda de producción. A través de esta herramienta de Manufactura Esbelta, se aplican sistemáticamente las etapas y ciclos del SMED con el objetivo de realizar el cambio de modelo en una maquina en un tiempo objetivo de 12 minutos. Este trabajo de investigación describe una serie de desafíos y las soluciones implementadas en diferentes estaciones de la prensa, buscando incrementar su eficiencia y minimizar los riesgos para los operadores. Además, se enfoca en reducir el material defectuoso producido en la prensa, lo que contribuye a un aumento en la calidad y una disminución en los costos por unidad. Esto tuvo como resultado ahorros de miles de dólares en costos variables de la prensa.

In the current era, the automotive industry is in a state of constant transformation, caused primarily by the rapid integration of emerging technologies. Those companies that can stand out are those that not only innovate in design and functionality but also productive efficiency. Rivian, a prominent American company specializing in electric vehicles, is known for its bold designs and commitment to sustainability. However, when delving into the inner workings of your production plants, certain challenges arise. At the Rivian plant facilities, it has been detected that the stamping process, essential for modeling the steel parts of its vehicles, represents a bottleneck in the process with a large area of opportunity that requires prompt intervention due to high downtime in the press line that impacts production, specifically in the setting of material, there are a lot of manual operations that cause a lot of overtime that can be reduced with automated processes. In this article, a detailed development on the implementation and optimization of the process in a stamping press is presented, using the SMED methodology (Single Minute Exchange Die) to maximize and improve resource efficiency and meet production demand. Through this Lean Manufacturing tool, the stages, and cycles of the SMED are systematically applied to carry out the model change in a machine in a target time of 12 minutes. This research work describes a series of challenges and solutions implemented in different press stations, seeking to increase their efficiency and minimize the risks for operators. Additionally, it focuses on reducing defective material produced on the press, which contributes to an increase in quality and a decrease in unit costs. This resulted in savings of thousands of dollars in variable press costs.

El primer autor agradece el apoyo de CIATEQ y de la empresa y grupo de trabajo en Rivian, que con todo el análisis de datos y la instalación de las diversas mejoras siempre hubo el apoyo y la comunicación correcta como equipo de trabajo. Además de agradecer el gran apoyo del asesor el Dr. Luis Cáceres y la Dra. Isabel Pereyra por su constante retroalimentación y el fuerte apoyo durante estos meses de trabajo en este artículo sobre SMED, mejorando en el análisis y representación de datos ya que con los conocimientos y la experiencia de ambos se facilitó la realización y culminación de este proyecto. De igual manera los autores agradecen a la Revista Politécnica de Aguascalientes por permitir la publicación de este artículo.

Cambio de modelo SMED Automatización Optimización Technology stamping Automation SMED INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Modular ontology to support manufacturing SMEs toward industry 4.0

ZAIDA ANTONIETA MORA ALVAREZ OSCAR HERNANDEZ URIBE RAMON ALBERTO LUQUE MORALES LEONOR ADRIANA CARDENAS ROBLEDO (2023, [Artículo])

Industry 4.0 (I4.0) implementation is a hot topic among manufacturing organizations to reach smart factory status and integrate a fully connected ecosystem. Achieving such a transition presents notable challenges for Small and Medium Enterprises (SMEs) since they often face resource and skilled personnel limitations. This study developed a domain ontology to represent various stages of maturity toward I4.0 implementation. Ontology provides a tool for SMEs to self-assess in situations of machines, processes, and factories for the dimensions of control, integration, and intelligence. This study focused on the identification of classes and relationships according to I4.0 implementation situations in the context of a manufacturing setting, the reuse of ontologies related to the domain of observations to model situations, and the creation and validation of the ontology through the information obtained from the questionnaires applied to SMEs. Finally, the ontology delivers a tool to understand SMEs' current state concerning I4.0 implementation and plan based on informed decisions about the maturity state and the technology required to advance to the next stage in their manufacturing processes.

This study was partially supported by the grants CONAHCYT-CIATEQ CVU 899567 and 162867 and CONAHCYT SNI.

We express our gratitude to Teresa Novales Hernandez for the library support.

Domain ontology Industry 4.0 SMEs Smart factory SPARQL Semantic web INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Diagrama de estado complementado para caracterizar las condiciones de almacenamiento y estados físicos de escamoles congelados.

ALMA DE JESUS FLORES RAMIREZ (2016, [Tesis de maestría])

El estudio del punto de congelación (Tm) y la temperatura de transición vítrea (Tg) en función de la fracción másica del agua (xw) o del sólido (xs) ha recibido un interés considerable para la construcción de diagramas de estado complementarios (DEC) de diversos alimentos. Un DEC es un mapa de los diferentes estados de un alimento en función de la temperatura en todo el rango o escala de la fracción másica del sólido que es muy útil para desarrollar formulaciones, estrategias de procesamiento o las condiciones de almacenamiento para asegurar la estabilidad de alimentos que contienen agua congelable y no congelable. Una caracterización térmica mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC) fue realizada en escamoles (Liometopum apiculatum M) frescos, deshidratados y acondicionados a diferentes contenidos de humedad, con el objetivo de desarrollar el diagrama de estado complementado de escamoles mediante la determinación de la curva de transición vítrea (Tg), curva de enfriamiento (Tm), así como del punto de concentración de máxima congelación (Tg’ y Tm’), por (DSC), con el fin de caracterizar las condiciones de almacenamiento y estados físicos de escamoles congelados. Así mismo se determinaron las temperaturas de desnaturalización de enzimas (Td1) y de proteínas (Td2). Un calorímetro diferencial de barrido Q2000 (TA instrument) equipado con un sistema de enfriamiento RCS90 y el software Análisis 2000© fue utilizado en todos los experimentos. El método de escaneo convencional lineal y complementado con un procedimiento de “annealing” fue implementado para la determinación de dichas temperaturas. Tres transiciones térmicas de primer orden correspondientes a la fusión del complejo agua-fase grasa (Tm=1.2°C±0.5), a la desnaturalización de enzimas (Td1=62.5°C±3.9) y desnaturalización de proteínas (Td2=126.5°C±5.3) fueron observadas en escamoles frescos. Sin embargo, en escamoles liofilizados (2.2% b.h.), el pico (Td1) no fue percibido pero una Tg=61.6±6.4°C fue caracterizada. Los modelos de Gordon-Taylor y Clausius-Clapeyron fueron usados para modelar la curva Tg y la curva de congelación, respectivamente. Los resultados mostraron que pequeñas variaciones en el contenido de humedad provocaron una depresión en el valor de Tg y que el punto de congelación (Tm) disminuyó con el incremento de sólidos. A partir del diagrama de estado, fueron determinados los siguientes valores de Tg’=-30.9 °C, Tm’= -22.7 °C, xw’= 0.0961 kg agua/kg total. Así mismo, fue encontrado que la temperatura de desnaturalización de la proteína (Td2) varió muy poco con el contenido de humedad de los escamoles.

The study of freezing point (Tm) and glass transition temperature (Tg) as a function of moisture (xw) or solid mass fraction (xs) have received considerable interest for the construction of supplemented state diagrams (SSD) of discriminatively food. A SSD is a map of the different states of food as function of temperature over the entire solid mass fraction scale which is so helpful to develop formulations, processing strategies or storage conditions to ensure the stability of food containing freezable and unfreezable water. A thermic characterization by differential scanning calorimetry (DSC) was performed in escamoles (Liometopum apiculatum M) fresh, dried and conditioned at different moisture contents; with the objective of developing a state diagram supplemented of escamoles by determining the glass transition curve (Tg) melting curve (Tm) and the maximal-freeze-concentration conditions (Tg’ and Tm’) by (DSC), for the purpose of characterize the storage conditions and physical states of frozen escamoles. Moreover denaturation enzyme temperatures (Td1) and protein (Td2) was determined. A Q2000 Differential Scanning Calorimeter (TA instruments) equipped with a RCS90 cooling system and Universal Analysis 2000© software was used in all experiments. A linear-scan conventional protocol was implemented for tthe determination of these temperatures and It was complemented with “annealing” for some experiments.Three thermal transition of first order was observed in fresh escamol; melting of water-fat (1.2°C±0.5), enzyme denaturation (62.5°C±3.9) and proteins denaturation (126.5°C±5.3). However, in lyophilized Escamoles (2.2% (b.h.), peak (Td1) was not perceived but Tg = 61.6 ± 6.4 ° C was characterized. Gordon-Taylor and Clausius-Clapeyron methods were used to model the Tg line and freezing curve, respectively. Results shows that small amounts of moisture provoked a dramatic depression on the Tg meanwhile and Tm decreased as solid mass fraction was increased. The values of Tg’ = -30.9 ° C, Tm’ = -22.7 ° C and xw’ = 0.0961 kg water / kg total were determined from the state diagram. Also, It was found that the temperature of protein denaturation (Td2) varied little with the moisture content of Escamoles.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Diseño de un Algoritmo de Detección de Impulsos y Muescas de Voltaje en Corriente Alterna para Análisis de Calidad de la Energía

Roberto Moreno-Sanchez (2012, [Tesis de maestría])

El contexto en que se desarrolla este trabajo de tesis está relacionado con los métodos

de medición de calidad de la energía eléctrica, los que se pueden dividir en métodos

de cálculo en estado estable y transitorios. Los métodos de estimación de estado estable

requieren más de 1 ciclo de red para proporcionar mediciones válidas. Los métodos

de estimación para transitorios como las ondeletas, morfologías matemáticas, redes

neuronales, etc. son generalmente métodos complicados que requieren sintonización de

parámetros, cierta experiencia del usuario y un procesamiento digital complejo, lo que

los hace poco viables para medidores portátiles.

En este trabajo de tesis se presentan dos métodos en el dominio del tiempo para

la detección y aislamiento de anomalías transitorias con duración menor a medio ciclo

de red, específicamente para impulsos y muescas de voltaje, en corriente alterna. Estas

propuestas están diseñadas con operaciones básicas que no requieren sintonización de

parámetros ni de conocimiento previo de la anomalía, lo que los hace atractivos para

programarse en Analizadores de Calidad de la Energía Eléctrica Portátiles (ACEEP).

La principal contribución de los métodos propuestos es que, por su simpleza inherente,

pueden detectar anomalías transitorias con las mismas muestras que se requieren para

mediciones en estado estable, lo que los hace útiles para estudios prolongados que

requieran de 8 días o más, con lo que puede obtenerse de manera simultánea un panorama completo en estado estable y transitorio del monitoreo de la calidad de la energía eléctrica.

Los métodos propuestos sólo requieren dos muestras para obtener datos válidos

y lograr el aislamiento con respecto a perturbaciones en estado estable tales como

distorsión armónica, sags, swells e incluso ruido. Se realizó la validación con simulaciones y con señales reales de laboratorio.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Análisis espectral de consumo doméstico de agua potable

Felipe Arreguin ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ Velitchko Tzatchkov VICTOR HUGO ALCOCER YAMANAKA HECTOR ALEXIS ESPINOSA GAYOSSO (2009, [Artículo])

Una de las variables con mayor incertidumbre en su comportamiento dentro del análisis hidráulico de las redes de agua potable es el consumo de agua proveniente de los usuarios. Recientemente, se ha demostrado que el consumo en el ámbito domiciliario tiene un carácter estocástico y se han desarrollado diferentes metodologías que intentan representar esta variable. Sin embargo, no es posible definir con exactitud dos situaciones: 1) el grado de información que se pierde al muestrear la señal con cierto intervalo de registro y la posible presencia de enmascaramiento (aliasing); y 2) la frontera (rango) en el tiempo, en el cual pueden aplicarse estos procesos de agregación y desagregación temporal. El proceso basado en el análisis de Fourier se puede aplicar como herramienta de desagregación temporal y obtener el intervalo de registro óptimo de medición en campo. A partir de la metodología, se obtuvo que el rango de aplicación del esquema está entre los 240 y 1 segundos. En otras palabras, es posible medir con intervalo de registro hasta 240 segundos y recuperar información con intervalo de registro de un segundo. El método se validó con mediciones en campo de consumo doméstico realizadas en una ciudad mexicana.

Análisis espectral Consumo doméstico de agua Modelos estocásticos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Modelos ARX para predecir la temperatura del aire de un invernadero: una metodología

ARX models for predicting greenhouse air temperature: a methodology

Irineo López-Cruz ABRAHAM ROJANO AGUILAR WALDO OJEDA BUSTAMANTE RAQUEL SALAZAR MORENO (2007, [Artículo])

Se presenta un procedimiento para obtener un modelo dinámico lineal de autoregresión con variables exógenas (ARX) para predecir el comportamiento de la temperatura del aire en el interior de un invernadero. Los ARX son modelos matemáticos dinámicos derivados de la teoría de Identificación de Sistemas. Las variables de entrada del modelo fueron temperatura del aire, radiación solar, velocidad del viento afectando el área de ventilación del invernadero y humedad relativa, cuantificadas en una estación meteorológica ubicada a 700 m de un invernadero en Chapingo, Estado de México.

A procedure is presented for obtaining a dynamic linear model of auto-regression with exogenous variables (ARX) for predicting the behaviour of the air temperature inside a greenhouse. The ARX are dynamic mathematical models derived from the theory of Systems Identification. The input variables of the model were air temperature, solar radiation, wind velocity affecting the ventilation area of the greenhouse and relative humidity, quantified in a meteorological station located 700 m from a greenhouse in Chapingo, State of México.

Invernaderos Temperatura ambiental Modelos ARX INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Recuperación integral de pérdidas de agua: guía técnica CNA-IMTA Sistemas de agua potable

VÍCTOR JAVIER BOURGUETT ORTÍZ José Manuel Rodríguez Varela (1996, [Libro])

Se exponen algunas ideas, métodos y herramientas sobre diagnótico, eliminación y control de pérdidas y propone un enfoque que ayudará a mejorar la eficacia y eficiencia en la conservación del agua en ciudades y a decidir hasta que punto debe permitirse la recuperación de pérdidas en los sistemas hidráulicos urbanos, con bae en la elaboración de un proyecto integral de recuperación de pérdidas de agua.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA