Scielo RSS <![CDATA[Ingeniería, investigación y tecnología]]> http://www.scielo.org.mx/rss.php?pid=1405-774320090003&lang=pt vol. 10 num. 3 lang. pt <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.org.mx/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.org.mx <![CDATA[<b><i>Optical Phase Estimators in Modern Homodyne Communications Systems</i></b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432009000300001&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt En este trabajo reportamos la síntesis de un estimador óptimo de la fase de una portadora con modulación de fase aleatoria detectada coherentemente. Nuestra aplicación está orientada a la detección homodina con modulación binaria de la fase en sistemas modernos de comunicaciones ópticas. Mecanizamos un estimador que opera sobre un observable en banda base con ruido aditivo, usando un modelo en variables de estado para el canal de comunicaciones y técnicas de estimación óptimas. Evaluamos con simulaciones el desempeño de la estructura general y versiones simplificadas del estimador a través del valor cuadrático medio de su error de fase. De estos resultados se obtuvieron estimadores prácticos que implementamos en circuitería analógica y usando un proce sador digital de señales. El estimador de "varianza constante" presentó el mejor desempeño experimental evaluado a través del valor cuadrático medio de su error de fase.<hr/>This work consists of the synthesis of an optimal estimator for a random phase modulation onto a carrier to be received by a coherent detector. Our application is oriented to homodyne detection with PSK format, in modern optical communication systems. We mecha nize an estimator operating with a baseband observable in additive noise employing a state variable model for the communication channel and optimal estimation techniques. To as sess the performance of the general structure and simplified versions of the estimator we made com puter simulations and calculated the r.m.s. value of the phase error. With these results we get practical estimators that we implemented using analog electronic circuitry and a DSP. The "constant variance" estimator exhibited the minimum r.m.s. value of its phase error obtained experimentally. <![CDATA[<b>Exponential Convergence of Multiquadric Collocation Method</b>: <b>a Numerical Study</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432009000300002&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Recent numerical studies have proved that multiquadric collocation methods can achieve exponential rate of convergence for elliptic problems. Although some investigations has been performed for time dependent problems, the influence of the shape parameter of the multiquadric kernel on the convergence rate of these schemes has not been studied. In this article, we investigate this issue and the influence of the Péclet number on the rate of convergence for a convection diffusion problem by using both an explicit and implicit multiquadric collocation techniques. We found that for low to moderate Péclet number an exponential rate of convergence can be attained. In addition, we found that increasing the value of the Péclet number produces a value reduction of the coefficient that determines the exponential rate of convergence. More over, we numerically showed that the optimal value of the shape parameter decreases monotonically when the diffusive coefficient is reduced.<hr/>Experimentos numéricos recientes sobre los métodos de colocación con mulitcuádricos han demostrado que éstos pueden alcanzar razones de convergencia exponencial en problemas de tipo elípticos. Si bien, algunas investigaciones se han realizado para problemas dependientes del tiempo, la influencia del parámetro c del núcleo multicuádrico en la razón de convergencia de éstos esquemas no ha sido estudiada. En la presente investigación se analiza este tópico y la influencia del número de Péclet en la razón de convergencia para un problema convectivo difusivo, considerando un esquema de discretización implícito y explicito con técnicas de colocación con mulitcuádricos. Demostramos numéricamente que para valores bajos a moderados del coeficiente de Péclet se obtiene una razón de convergencia exponencial. Además, encontramos que al aumentar el número de Péclet origina una reducción en valor del coeficiente que determina la razón de convergencia exponencial. Adicionalmente, determinamos que el valor óptimo del parámetro c decrece monótonicamente cuando el coeficiente difusivo es disminuido. <![CDATA[<b><i>Numerical Prediction for the Size and Shape of a Flare in a Cross-Wind</i></b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432009000300003&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Un modelo de dinámica de fluidos computacional es utilizado para simular la combustión turbulenta en un quemador elevado dentro de un flujo cruzado de aire. La investigación está enfocada, principalmente, en el estudio de la influencia de la velocidad del flujo cruzado en parámetros aerodinámicos de la llama. La simulación del flujo es tridimensional y en coordenadas cartesianas. Para simular la combustión es usado un modelo de química rápida con un paso de reacción irreversible para formar CO2 y H2O. Un modelo de radiación es usado para identificar la trayectoria media de la llama. La configuración simulada consiste en una descarga de propano expuesta a una corriente de aire, la cual proporciona el oxigeno para que se lleve a cabo la combustión. La velocidad de este flujo cruzado se modifica desde 0.8 m/s hasta 12 m/s. Comparaciones con datos experimentales muestran que las predicciones, en términos de la longitud de llama y el ángulo de deflexión, se predicen adecuadamente.<hr/>A computational fluid-dynamics model is used to simulate the turbulent combustion in a flare exposed to a cross-wind. Our research is mostly focused on the cross flow velocity influence to flame aerodynamics. The flow simulation is performed as three dimensional along a Cartesian coordinates system. In order to simulate the combustion process, a fast-chemistry model with a 1-step global irreversible reaction to form CO2 and H2O is used. A radiation model is used to identify the mean flame trajectory. The simulated configuration consists in a propane discharge into an air stream, get ting oxygen supply from the cross-wind. The velocity of this cross-flow is increased from 0.8 m/s to 12 m/s. Comparative analysis of our predicted values with respect to available experimental results shows good agreement in terms of flame length as well as inclination angles. <![CDATA[<b><i>Process Optimization for Valuable Metal Recovery from Dental Amalgam Residues</i></b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432009000300004&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt En este artículo se exhibe la metodología empleada en la optimización del proceso de lixiviación en una planta semipiloto para la recuperación de los metales valiosos presentes en los residuos de la amalgama dental. En la primera etapa se usó el diseño factorial con el propósito de caracterizar el proceso, y en la segunda, el diseño central compuesto rotacional de segundo orden para modelar el porcentaje de cobre disuelto en función de la concentración de ácido nítrico, el tiempo de lixiviación y la temperatura. El modelo explicó el 81% de la variabilidad en la respuesta, porcentaje que se considera satisfactorio dada la complejidad de la cinética del proceso y, porque además, permitió definir las condiciones de operación para la mayor recuperación del cobre, la cual experimentalmente fue del 99.15%, lograda a temperatura de 55°C, concentración de 30% en peso y tiempo de 26 horas.<hr/>In this paper, the methodology used for optimizing leaching in a semi pilot plant is presented. This leaching process was applied to recover value metals from dental amalgam residues. 2³ factorial design was used to characterize the process during the first stage and in the second one, a central compound rotational design was used for modeling copper percentage dissolved, a function of the nitric acid concentration, leaching time and temperature. This model explained the 81% of the response variability, which is considered satisfactory given the complexity of the process kinetics and, furthermore, it allowed the definition of the operation conditions for better copper recovery, which this was of 99.15%, at a temperature of 55°C, a concentration of 30% by weight and a time of 26 hours. <![CDATA[<b><i>Probabilistic Estimation of Suspenden Sediment Volume in Watersheds Without Hydrometric Data of the Hydrological Region No. 10 (Sinaloa)</i></b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432009000300005&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Inicialmente se proponen tres acciones para contrarrestar los efectos negativos del cambio climático en los diseños hidrológicos. Además, se destaca la utilidad del análisis regional de datos hidrológicos para obtener procedimientos y fórmulas de estimación de valores de diseño más confiables en cuencas sin aforos. En seguida se describe la información de acarreos en suspensión disponible en la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa) y se cita la que fue utilizada. Se acepta la homogeneidad de la región con base en la relación encontrada entre el volumen de sedimentos promedio anual y el área de cuenca. Posteriormente se describen y aplican tres métodos regionales: (1) el de las estaciones-año, (2) el de los momentos de probabilidad pesada (MPP) regionales y (3) el de los MPP ponderados. Se continúa con la aplicación numérica relativa a la estimación de la capacidad de azolves en tres embalses de la región. Por último, se formulan las conclusiones las cuales destacan las ventajas del enfoque propuesto.<hr/>Firstly three actions are proposed to mitigate the negative effects of climatic change in the hydrological design. Besides is pointed out the utility of regional analysis of hydrological data to obtain more reliable formulae and procedures for estimating design values in water sheds with out hydrometric data. Next, the suspended sediment data available in Hydrological Region number 10 (Sinaloa) is described and the utilized data is cited. The homogeneity of that region was accepted through the relation between water shed area and mean annual suspended sediment volume. Late three regional methods are described and applied, these are: (1) the station-year method, (2) the regional probability weighted moments (PWM) method and (3) the weighted PWM method. Next, the numerical application for sediment capacity estimation in three reservoirs of the region is described. Lastly conclusions are formulated which pointed out the advantages of the proposal approach. <![CDATA[<b><i>Instantaneous Water Demand Parameter Estimation from Accumulated Readings</i></b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432009000300006&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt El consumo de agua potable a nivel doméstico tiene carácter estocástico, caracterizado por la intensidad, duración y frecuencia de los pulsos de demanda; cada una de ellas representada estadísticamente. Estos parámetros se pueden obtener por medio de medición directa de la demanda instantánea, pero esta forma necesita mediciones con registro de cada segundo, por lo que genera una enorme cantidad de datos por manejar. En este artículo se presenta un nuevo método para estimar los parámetros para la generación de las series de consumo, con base en mediciones con intervalos mayores a un segundo. El método propuesto considera principios del proceso de Neyman-Scott (N-S) en la desagregación temporal del volumen acumulado. La estimación de los parámetros se fundamenta en la comparación de los momentos estadísticos observados con los momentos teóricos. Se plantea una función objetivo que expresa la relación entre ambos momentos, la cual se minimiza obteniéndose así los parámetros que caracterizan estadísticamente el consumo instantáneo. Una vez estimados tales parámetros, el modelo estocástico permite abordar el problema de generación de series sintéticas de consumo, empleando cualquier intervalo de agregación temporal. El método se validó por comparación entre series generadas con los parámetros resultantes y series medidas en campo.<hr/>Residential water demand is a highly unsteady stochastic process, defined statistically by the frequency of water use, and intensity and duration of stochastic de mand pulses. Known pro ce dures for obtaining those parameters are based on direct observation of the instantaneous water demand by registering it every second. That direct technique turns out to be impractical because of the enormous amount of data generated and to be processed. A new method for estimating the necessary parameters for simulating the instantaneous water de mand from larger than one second meter readings is presented in this paper. The proposed method considers principles from the Neyman-Scott (N-S) process, such as the disaggregation of the accumulated water volume, based on a comparison between the statistical moments of the observed larger interval demand series and the theoretical moments of the instantaneous water demand. An objective function expressing the relation between both theoretical and observed moments is formulated and minimized by a nonlinear programming technique obtaining the intensity, duration and arrival rate of the instantaneous demand pulses. Using these results in stantaneous water demand series, or demand series with any averaging interval, can be generated. The method is validated by comparing the generated demand series with observed demand series. <![CDATA[<b>Mixed Distributions in Low-Flow Frequency Analysis</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432009000300007&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Low-flow characteristics are required to solve several water-engineering problems. In this paper, the Mixed Gumbel and the Two Component Extreme Value distributions are presented toward their applications in low-flow frequency analysis. A region in southern Mexico, with 39 gauging stations was selected to analyze the lowest 1 day flows. Additionally, in order to calculate the stream design flow ( 7Q10) for water quality standards down stream of the Hydroelectric project La Parota, the lowest 7 day average flows were used. Results produced by fitting the mixed distribution were compared with those obtained by the Weibull-3, Gumbel, Lognormal-3 and General Extreme Value distributions. Results suggest that mixed distributions are a suitable option to be considered when analyzing minimum flows.<hr/>En muchos de los problemas de ingeniería del agua se requiere conocer las características de los flujos mínimos. En el artículo se presenta la aplicación de las distribuciones Gumbel Mixta y de Valores Extremos de Dos Componentes en el análisis de frecuencias de gastos mínimos. Una región localizada en el sureste de México, con un total de 39 estaciones de aforos, fue seleccionada para analizar los gastos mínimos anuales con duración de un día. Adicionalmente se utilizaron los gastos mínimos anuales promedio de siete días consecutivos con el fin de obtener el gasto de diseño (7Q10) para cumplir con los estándares de calidad hídrica aguas abajo del proyecto hidroeléctrico La Parota. Los eventos estimados por las distribuciones mezcladas fueron comparados con aquellos obtenidos por las distribuciones Weibull-3, Gumbel, Lognormal-3 y General de Valores Extremos. Los resultados sugieren que las distribuciones mezcladas son una opción adecuada a ser considerada en el análisis de flujos mínimos. <![CDATA[<b>New Directional Morphological Approaches for the Characterization of Fingerprints</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432009000300008&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt The present paper proposes two methods to characterize fingerprints. The first method estimates the main orientations of the structures of ridges and valleys. This proposed approach detects the preferential directions that characterize the fingerprint as orientation fields using directional granulometries. This approach allows to have a better characterization by means of two parameters; the sizes and the orientations of the structures contained in the fingerprint. In order to achieve the characterization of the fingerprint orientations, the directional morphology is applied to detect the regions of same orientation. Then, the morphological transformations with line segments as struc turing elements are applied using a quadtree structure to go from global approach to a local one. The second method uses directional erosions to build two images that contain the sizes and orientations of the fingerprint. Then the rank-max connected opening is applied to filter the image containing the sizes of the ridges in order to select the main structures. Here it is illus trated that the obtained information enables us to reconstruct the directional behavior of the fingerprint. The proposed methods are applied to characterize the four typical classes of fingerprints with excellent results.<hr/>El presente artículo propone dos nuevos métodos para la caracterización de huellas digitales. El primero estima las principales orientaciones de las estructuras de crestas y valles. Este método propuesto detecta las direcciones preferenciales en la huella digital, caracterizan do a éstas como campos direccionales mediante granulometrías direccionales. Esta metodología permite tener una mejor caracterización mediante dos parámetros de las estructuras contenidas en la huella digital, como son el tamaño de las crestas y sus respectivas orientaciones. Para lograr la caracterización de las orientaciones de la huella digital se aplican técnicas de morfología direccional, buscando zonas con la misma orientación. Para la caracterización de las crestas se aplica la morfología matemática mediante segmentos de recta como elementos estructurales usando la me todología de la estructura quadtree para ir de una aproximación global a una local. El segundo método emplea erosiones direccionales para construir dos imágenes que contienen los tamaños y las orientaciones principales. Después es aplicada la apertura conexa de rango máximo para filtrar la imagen que contiene los tamaños de las cres tas con el fin de seleccionar las estructuras principales. Aquí es ilustrado que a partir de esta información es posible reconstruir el comportamiento de las estructuras direccionales de la huella. Los métodos propuestos son aplicados a las clases típicas de huellas digitales mostrando excelente resultados en la caracterización. <![CDATA[<b>A Flat Solar Collector Built from Galvanized Steel Plate, Working by Thermosyphonic Flow, Optimized for Mexican Conditions</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432009000300009&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Design, construction, and testing of the thermal performance of a flat solar collector for domestic water heating are described. The absorbing plate is built from readily available materials: two sheets of galvanized steel, one of the channelled type, the other one flat, which are joined by electric welding. The absorber is connected to a 198-L thermotank, insulated with polyurethane foam. In terms of receiving surface, the prototype tested here has an area of 1.35 m², about 20% smaller than comparable copper-tube-based collectors offered in the market. Temperature measurements conducted over a 30-day period gave values which were a few degrees lower than the theoretically calculated water temperatures. Momentary thermal efficiency values between 35% and 77% were observed. The water temperature achieved in the tank at the end of the day aver ages 65°C in winter weather conditions in the central Mexican highland. This design of solar water heater is well suited to Mexican conditions, as it makes use of the high local intensity of the solar radiation, and as the channel shape of the ducts minimizes bursting during the rare occurrences of freezing temperatures in the region; it also has the advantage of being manufacturable at low cost from simple materials.<hr/>Se describe el diseño, construcción y pruebas del desempeño térmico de un colector solar plano para calentamiento de agua para uso doméstico. La placa absorbedora se construyó de materiales fácilmente asequibles: dos placas de acero galvanizado, una del tipo acanalado y la otra plana, unidas mediante soldadura de arco eléctrico. La placa absorbedora está conectada a un termotanque con capacidad de 198 L, aislado con espuma de poliuretano. La superficie receptora de es te prototipo es de 1.35 m², aproximadamente 20% más pequeña comparado con los colectores, basados en tubos de cobre, ofertados en el mercado. Mediciones de temperatura por un periodo de 30 días, arrojaron valores menores por algunos grados que las temperaturas de agua teóricamente calculadas. Se observaron valores momentáneos de eficiencia térmica entre 35% y 77%. La temperatura del agua lograda al final del día promediaba en 65°C en condiciones de invierno, en el altiplano central mexicano. Este diseño de calentador solar de agua está bien adaptado a las condiciones mexicanas, por aprovechar la alta intensidad local de la radiación solar, y porque la forma acanalada de los ductos minimiza rupturas durante las escasas ocurrencias de temperaturas de congelamiento en esta región; además es fácilmente manufacturable, a bajo costo, partiendo de materiales simples.