Divulgación Científica
Consejo Editorial Dr. Fernando Adolfo Salazar Vázquez RESPONSABLE DE PRENSA Y DIFUSIÓN
En nuestro segundo año de existencia nos congratula de manera importante el poder contar con nuevos investigadores que tuvieron a bien confiarnos los resultados de su investigación , para ser difundida en esta su revista digital. Así como ellos esperamos que más investigadores se unan a este selecto grupo y nos aporten sus conocimientos y que con sus aportaciones podamos cumplir el objetivo para el cual fue creada esta revista, la divulgación científica. En este numero contamos con gente nueva y talentosa que se inician en este campo de la investigación así como de gente con experiencia que ahondaran en temas por demás importantes e interesantes que nos refieren conocimiento actual y prospectivo. Esperando cumplir con las expectativas planteadas no nos queda mas que agradecer su confianza y esperar que la publicación sea de su agrado. Dr. Fernando Adolfo Salazar Vázquez Responsable de prensa y difusión
Dr. Julio Cesar Ruíz Martínez COORDINADOR DEL ÁREA EDITORIAL M. en G. Luis Gustavo Galeana Victoria DISEÑO GRÁFICO M. en A. Elizabeth Sánchez Vázquez CORRECTOR DE ESTILO
DIVULGACIÓN CIENTÍFICA, año 2 No 1, enero - marzo 2017 es una Publicación Trimestral editada por Fernando Adolfo Salazar Vázquez, Av. Violetas 127, Villa de las Flores, Coacalco, Estado de México, C.P. 55710, Tel (55) 58745903, http://divulgacioncientifica.org.mx. Editor responsable: Fernando Adolfo Salazar Vázquez. Reserva de Derechos al Uso exclusivo No. 04 – 2016 – 061315321700 – 203, ISSN 2448-699X, Ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor. Responsable de la última actualización de este Número Fernando Adolfo Salazar Vázquez, Av. Violetas 127, Villa de las Flores, Coacalco, Estado de México, C.P. 55710, Tel (55) 58745903, fecha de la ultima modificación, marzo de 2016. las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación.
CARACTERÍSTICA DE LA TECNOLOGÍA PARA LA TRANSMISIÓN INALÁMBRICA LiFi Mtra. Pilar Patricia Jiménez Lozano Universidad Politécnica del Valle de México
RESUMEN Mucho se ha hablado de la nueva tecnología LiFi, también llamada tecnología de comunicaciones de luz visible (VLC) sin embargo hay que determinar hasta donde ha llegado esta tecnología y cuáles serían los beneficios reales en comparación de la bien explorada tecnología WiFi. Es necesario conocer que es LiFi, es una abreviación para ‘light fidelity’ o ‘fidelidad de la luz’ que consiste en una tecnología de comunicación inalámbrica transmitida mediante luz visible; su creador fue el profesor Harald Hass, presentó esta nueva tecnología en la conferencia mundial en el 2011, nombró “Los datos inalámbricos de cada bombilla; del cual fue finalista y lo cual lo convirtió en miembro de la Red Mundial de Tecnología (WTN). En el año 2012 el profesor Hass, formo un equipo de trabajo para fundar pureLIFI, una división en la Universidad de Edimburgo, donde se realiza investigación en comunicación de luz visible en un proyecto que lo han nombrado D-LIGTH Su funcionamiento es simple, emplea un espectro luminoso de un foco LED (diodo emisor de luz), la cual transmite datos en lenguaje binario de manera intermitente millones de veces por segundo, debe existir un dispositivo receptor la cual recibe la lectura intermitente y lo traduce en información; la luz se enciende y apaga hasta 10 mil millones de veces por
segundo, lo que hace que se transforme la información en forma binaria (0 y 1); se aprovecha esta característica para poder enviar la información a través de la onda de la luz visible; se puede usar en cualquier emisor de luz artificial LED, lo único que se necesita hacer es encajar un pequeño microchip a cada dispositivo de iluminación (bombilla LED), luego combinar dos funciones básicas: la iluminación y la transmisión inalámbrica de datos, de hecho puede iluminar una habitación y al mismo tiempo transmitir datos, la distancia que puede alcanzar es de hasta 10 metros. El diodo Led es como un diodo normal que al ser polarizado de manera correcta y hacerle circular una corriente eléctrica produce una fuente emisora de luz. Dependiendo del material y las características que fueron elaborados existen de diferentes colores incluyendo los Leds de luz blanca. Se necesita un receptor en un pequeño circuito o módulo para que pueda ser incorporado en todo tipo de dispositivos como celulares, tabletas, portátiles, accesorios, etc., así como cualquier otro tipo de aparato electrónico como pantallas, estéreos, autoestéreos etc. Para que este sistema pueda funcionar necesita un par de elementos que lo hagan posible: un modulador que enviará órdenes a una bombilla de LED para que se encienda y se apague a grandes velocidades y un sensor de luz (fotodiodo) que se encargará de recoger y traducir cada uno de los destellos que emita la bombilla.
Cuando se aplica una corriente constante a un (emisores-diodo) bombilla LED, un flujo constante de fotones se emiten desde la lámpara que se observa como la luz visible; si la corriente es variada poco a poco, la intensidad de salida de la luz se atenúa de arriba abajo (varía también). Debido a que las bombillas LED son dispositivos semiconductores, la corriente, y por lo tanto la salida óptica, puede ser modulada a velocidades extremadamente altas que pueden ser detectados por un dispositivo fotodetector y transformarla de nuevo en corriente eléctrica. La modulación de la intensidad es imperceptible para el ojo humano, y por lo tanto la comunicación es tan transparente como RF (tecnología de radiofrecuencia), así esta técnica, la información de alta velocidad se puede transmitir de una bombilla LED a un receptor. La velocidad que puede alcanzar la tecnología LiFi es de 150 Mbps hasta 1 Gbps y aunque su transmisión es imperceptible para el ser humano y es invisible para el humano, las posibilidades de conexión podría alcanzar ambientes inteligentes y en movimiento como son los vehículos, no satura el espectro electromagnético habitual y promete altas velocidades de transmisión con poco consumo de batería; científicos han logrado velocidades en el laboratorio de hasta 224 GB por segundo. Esta tecnología está respaldada por el estándar IEEE P19051 en la Red doméstica Convergente Digital. Para poder transmitir información desde y hacia internet, necesitamos conectar la bombilla LED equipada con LiFi a un router conectado a la red. De
este modo el transmisor LiFi estará listo para enviar información, solo es necesario tener un dispositivo que tenga instalado el receptor de LiFi, de modo que se complete el ciclo de recibir y enviar información de modo correcto. Se estima que el mundo estará intercambiando aproximadamente 35 trillones de bytes de información cada mes en 2019. Entre las grandes ventajas que trae esta tecnología LiFi en comparación con la aún tecnología utilizada para la transmisión inalámbrica WiFi, están las siguientes: ü Se puede usar en vehículos y transportes, así como en aviones y lugares en que WiFi no llega, debido a que no interfiere con otro tipo de señales. ü Es de 10 a 100 veces más velos que la transmisión WiFi ü Al no atravesar paredes, puede resultar más seguro que WiFi, evitará que haya interferencia y hasta robo de señal ü Es mucho más barato que WiFi ü Es muy rápido, su velocidad de transferencia va desde los 15 mb/s, hasta los 20 Gb/s. ü No requiere autenticación de usuario, debido a que se transmite directamente ü Al usar la luz de bombillas LED, permite ahorrar gracias a la dualidad de uso ü No produce interferencias electromagnéticas ü Mayor vida útil
ü Es más ecológico con el medio ambiente ü No desperdicia energía ya que no emite demasiado calor ü mientras te iluminas con la bombilla, recibes internet por medio de LiFi, de modo que con la misma energía, y el mismo producto hacemos 2 cosas diferentes. Esta tecnología aún se está haciendo aportaciones y mejorando la transmisión, algunas empresas ya están aprovechando sus ventajas, ejemplo de ello la empresa mexicana Sisoft se embarcará en un ambicioso proyecto para aprovechar la temprana fase en la que se encuentra la tecnología Li-Fi, se trata de InternetLedCom y podría llegar al mercado mexicano en la primera mitad del 2015. Con una inversión inicial de 86 millones de pesos, la empresa mexicana será la primera en el país por apostar por esta tecnología, que promete velocidades de bajada de hasta 10 Gbps.. Cabe mencionar que esta tecnología también tiene algunas barreras, es decir debido a trabaja con emisores de pulsos de luz, si te mueves a los sitios sonde la luz se atenúa, la velocidad disminuye al 75%, así que las desventajas que debemos de tomar en cuenta son las siguientes: v La luz no puede atravesar paredes, la conexión es más segura que la del WiFi tradicional. v Con el LiFi puedes contener la información en un lugar específico, lo cual es atractivo para
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instituciones y empresas e incluso para el gobierno Al no atravesar paredes, el aparato emisor y receptor deben estar en la misma habitación No funciona bajo la luz solar directa (problemas en cielo abierto) Es más sensible al movimiento y, por tanto, menos estable Si no hay luz, no hay transmisión de datos
Se debe considerar que aunque son atractivas las ventajas al considerar estas tecnologías, aún se sigue perfeccionando su uso y se considera como una alternativa en segundo plano en el uso de las comunicaciones, al menos hay 3 equipos de investigación de tres diferentes regiones del mundo que han anunciado avances en este campo, su costo podrá variar entre 600 y 800 pesos al mes en México, pero con el paso del tiempo se mejorará el ancho de banda e incluso se podrá reducir los costos de acceso a internet. v Esta nueva tecnología aún necesita much a portación e investigación sin embargo ya se pueden aprovechar su beneficios ya que Li-Fi puede manejar hasta 10,000 veces más información que el actual Wi-Fi y sería capaz de transmitir el volumen de datos correspondiente a 13.3 años de video en alta definición, en un segundo. v
REFERENCIAS https://www.xataka.com.mx/ciencia/empresamexicana-sisoft-apuesta-por-li-fi-internet-a-traves-deluz#c412707 http://eleconomista.com.mx/entretenimiento/2016/01/1 3/mexico-primer-pais-comercializar-conexion-li-fi http://www.profamilia.org.co/docs/docs_blog/Articulo% 20-%20La%20tecnologia%20Li-Fi.pdf https://inteligencialuminosa.wordpress.com/acerca-de/ http://www.forbes.com.mx/li-fi-la-tecnologia-quepodria-reemplazar-al-wi-fi/#gs.01RT http://www.electronicosonline.com/etiqueta/lifi/ http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/7770/1/ UPS-CT004629.pdf
APLICACIÓN DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL AL RECONOCIMIENTO DE PATRONES EN LA ODONTOLOGÍA Israel Velázquez Almazán UPVM hades_israelsama@hotmail.com
RESUMEN Recientemente, con el avance de las tecnologías de la información y la tecnología en general, la solución a problemas que no tenían solución, empiezan a tomar nuevos rumbos debido a que la tecnología y el desarrollo de nuevo conocimiento permite interpretar de una manera diferente estos problemas. El campo de la inteligencia artificial se ha desarrollado como uno de aplicación con el cual se han podido dar nuevas interpretaciones a un sinfín de problemas, desde modelar funciones lógicas hasta emular una función de reconocimiento y clasificación. En particular, las Redes Neuronales Artificiales son uno de los temas principales de la Inteligencia Artificial que está alcanzando una gran importancia no solo por su eficiencia para resolver problemas, si no por su versatilidad a ser programadas y/o modeladas mediante circuitos electrónicos. En el presente artículo, se introduce un modelo de Red Neuronal Artificial aplicada al reconocimiento de patrones cuyo objetivo es brindar una solución en el área de la Odontología en el contexto forense y de esta manera, aportar un enfoque diferente a los problemas actuales que no han sido resueltos todavía. Palabras Clave: Inteligencia Artificial, Redes Neuronales, Clasificación, Rugas Palatinas, Reconocimiento de Patrones. 1.
INTRODUCCIÓN
Gracias a la invención y aplicación de las Ciencias Forenses, se lograron establecer criterios para Identificación de Personas entre los que más se conocen están las huellas dactilares y la comparación dental entre algunas otras. Se introduce el termino
Eduardo Vázquez Santacruz CONACYT-UNAM evazquezsa@conacyt.mx
Palatoscopia [1][6] que es la disciplina que se encarga del estudio en general de la zona Paladar de nuestra boca y su aplicación para la Identificación de Personas (Ver Figura 1).
Figura 1: La Palatoscopia, Modelo de Paladar y Rugas Palatinas. La investigación y los procedimientos que se llevan a cabo en el laboratorio que se han efectuado recientemente, indican que para identificar Rugas Palatinas (Figura 1), el mejor camino es centrar la atención en su forma, es decir, su representación geométrica y esto lo podemos hacer mediante una Designación/Ficha Rugoscopica. Las Rugas Palatinas son comparables y en alto grado a las huellas dactilares debido a que son: • •
•
Inmutables: Permanecen sin cambio ante traumas altamente significativos. Perenes: Desde su formación hasta su alteración o desaparición permanecen en la misma proporción, tamaño y forma. Clasificables: Susceptibles a los criterios de Clasificación.
Bajo estas propiedades y considerando con la definición de Biométrico [5], se concluye que las rugas palatinas en conjunto son un biométrico. Sin embargo, el proceso de identificación mediante esta técnica puede ser un poco subjetivo debido a los siguientes puntos: ü
ü
Debido a que son susceptibles a ser clasificadas, desde principios del siglo XX, existen diversos criterios, donde el criterio de L. Lysell es la más usado en cuanto a investigación, aunque hay otros más entre otros [1]. La identificación de personas vía post-mortem no es posible sin registros ante-mortem. En circunstancias que involucran fuego, las rugas palatinas presentan alta probabilidad de ser destruidas.
La Inteligencia Artificial [2] es una ciencia que se ha desarrollado mucho en las últimas décadas y su objetivo principal es emular la mente humana. Su estudio se compone principalmente de áreas como: Redes Neuronales Artificiales, Algoritmos Genéticos, Lógica Difusa, entre otros. Al hablar de Redes Neuronales Artificiales, por lo general, es hablar de un Modelo Matemático diseñado y desarrollado para simular el comportamiento y/o funcionamiento de una Red Neuronal Biológica. Tomando en consideración lo que anteriormente se explicó, se aplicaran las Redes Neuronales Artificiales al reconocimiento de rugas palatinas. El Reconocimiento de Patrones se define como la técnica cuyo propósito es extraer información que permita identificar a un individuo u objeto dentro de un entorno donde habiten sujetos de la misma clase y consta del proceso mostrado en la Figura 2:
Reconocimiento de Patrones
Adquisición de Datos
Extracción de Características
Toma de Decisiones
Figura 2: Etapas Generales del Reconocimiento de Patrones [4] 2.
OBJETIVOS
2.1 GENERAL El objetivo general de esta investigación es diseñar y programar una herramienta que facilite el reconocimiento y la ubicación de Rugas Palatinas mediante Redes Neuronales y algoritmos de Visión por Computadora. 2.2 ESPECÍFICOS 1) Diseñar un Algoritmo eficaz que permita el aprendizaje de las formas/patrones de Rugas Palatinas y su ubicación. 2) Documentar la solución obtenida y tomarla como base para futuras investigaciones y mayor desarrollo en este campo. 3.
METODOLOGÍA
3.1 HERRAMIENTAS UTILIZADAS
Se especificó en el objetivo general que la meta de la investigación es desarrollar una herramienta que facilite el Reconocimiento y Ubicación de Rugas Palatinas. Por ende, se pretende implementar la Inteligencia Artificial [3] para brindar un criterio de clasificación más objetivo que el que se tiene si se realiza dicha tarea de manera cotidiana, es decir, manualmente. 3.1.1 PERCEPTRÓN [2] Ya que el punto central es la Clasificación, se optó por la implementación de Redes Neuronales, entre las cuales destacan el Perceptrón (Ver Figura 3), la Adaline (Ver Figura 4), el Cascade, entre otros, pero se optó por la implementación de un Perceptrón, definido como un clasificador supervisado que, a través de entradas, en nuestro caso imágenes de las rugas palatinas, permita el aprendizaje de los patrones que se pueden identificar en una Ruga Palatina
Figura 4: Elementos Característicos de ADALINE (Adaptive Linear Neuron). Comparadas con en el Perceptrón, este último puede programarse de manera relativamente más simple y admite una variedad de funciones de activación, parte esencial para el proceso de aprendizaje, entre las cuales destaca la función sigmoidal (Ver Figura 5):
Figura 5: Gráfica de Función de Activación Sigmoide. Figura 3: Elementos Característicos del Perceptrón.
3.1.2 COMPARACIÓN DE PLANTILLAS [7] Este algoritmo es ampliamente utilizado en el procesamiento digital de imágenes, se basa en la búsqueda de ciertas características con base a una plantilla que es generada por el usuario dando como salida una imagen con la mejor aproximación a dicha plantilla.
Figura 6: Algoritmo Simple de Comparación por Plantillas. 3.1.3 MATLAB Software creado por la compañía Mathworks Inc. cuyo acrónimo en español significa Laboratorio de Matrices. Es una herramienta realmente potente para manejar matrices y poder operar una gran cantidad de datos de manera muy eficiente. Es muy utilizado en diversos campos de la Ciencia e Ingeniería.
Figura 7: Ficha Rugoscopica General para la Clasificación de Rugas Palatinas. La figura 8, muestra el proceso general que se propone a través de la búsqueda de alternativas y soluciones ya propuestas a problemáticas similares para el reconocimiento de patrones, es este caso, Rugas Palatinas y su Ubicación mediante Visión por computadora:
3.2 SOLUCIÓN PROPUESTA La solución se obtiene mediante el entrenamiento de un Perceptrón, con 10 entradas, en este caso son las formas comunes que se aprecian en la Figura 6 y los patrones de entrenamiento son extraídos de las imágenes tomadas de los modelos de paladar mediante la Binarización de las imágenes por medio del Método de Segmentación de Otsu.
Figura 8: Algoritmo propuesto para Reconocimiento de Patrones y Visión por Computadora.
Figura 9: Resultados de la Ejecución del Perceptrón. 10: Localización para una Ruga Palatina Tipo “Y” y Tipo “Curva”.
4.
RESULTADOS
Ya que las imágenes proporcionadas se tomaron con cámara de dispositivo móvil, es difícil apreciar un resultado realmente satisfactorio, pero la figura 9 muestra algunos resultados de la ejecución del Perceptrón que se implementó y la figura 10 la ejecución del algoritmo de comparación por plantillas ubicando algunas rugas palatinas:
Basándose en la ejecución, y la medición del éxito se observó un éxito de 93.3% en la clasificación en un tiempo considerablemente rápido que varía de 10 a 25 segundos, mientras que la herramienta de búsqueda, proporciona un buen nivel de asertividad. 5.
CONCLUSIONES
De la presente investigación se lograron establecer algunas bases objetivas y tecnológicas que se implementaran para el Reconocimiento, Búsqueda y Clasificación de Rugas Palatinas siguiendo una metodología experimental con base a la información recabada y desde luego al punto de vista de las ramas de Odontología Forense y la Ingeniería, cumpliéndose así las metas planteadas.
6.
AGRADECIMIENTOS
Agradezco al Dr. Eduardo Vázquez Santacruz por su guía, orientación, apoyo e impulso durante la realización de la Investigación. 7.
TRABAJO FUTURO
El trabajo realizado hasta el momento es parte de una investigación cuyo objetivo es dar a conocer más e innovadores técnicas aplicadas al reconocimiento de personas, por lo cual es necesario profundizar en el estudio de la inteligencia artificial y aplicar nuevas herramientas de programación tales como BASIC o PYTHON que son lenguajes de alto nivel y sumamente aptos para el desarrollo de aplicaciones de Inteligencia Artificial. 8.
REFERENCIAS
[1] “Evidence-Based Forensic Dentistry”, Balwant Rai & Jasdeep Kaur, Springer. [2] “Inteligencia Artificial con aplicaciones a la Ingeniería”, Ponce Cruz, Pedro, Primera Edición, Ed. Alfaomega [3] “Artificial Intelligence: A modern approach”, Russell Stuart J., Norving Peter, Second Edition, Ed. Pearson Education. [4] “Statistical Pattern Recognition”, Webb Andrew R., Copsey Keith D., Third Edition, Ed. Wiley. [5] “Introduction to Biometrics”, Anil Jain, Arun Ross, First Edition, Ed. Springer 2011. [6] “Odontología Forense”, Correa Ramírez A. Isaac. Primera Edición, Ed Trillas. [7] “Template Matching Techniques in Computer Vision: Theory and Practice”, R. Brunelli, Ed. Wiley, 2009.
DISEÑO DE UN BANCO DE PRUEBAS DIDACTICO PARA EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA, EN LA PRODUCCIÓN DE H2 MEDIANTE REACTORES ELECTROLÍTICOS. Carlos Medina Martínez
Israel Velázquez Almazán Jorge Alejandro Morales Abad Universidad Politécnica del Valle de México
charly_sa2011@hotmail.com
hades_israelsama@hotmail.com
RESUMEN En este trabajo, se presenta el desarrollo experimental de un módulo de pruebas (Test Bench), en el que se integraron los elementos necesarios para la evaluación de reactores1 disociadores de H2O, por lo que fue necesario generar un sistema de adquisición de datos, así como la incorporación de elementos que permitan a los usuarios de dicho banco, realizar experimentos de forma segura. Con el objetivo de realizar análisis de eficiencia al variar la producción del gas generado, se integró en el Test Bench un circuito modulador de ancho de pulso (PWM), y se evaluó un reactor de celda húmeda. El trabajo se concluye presentando los resultados de la implementación del Test Bench, en pruebas realizadas variando la producción del gas oxihidrógeno. ABSTRACT In this research, are introduced a test module (Test Bench) experimental development, in which the necessary elements to evaluate dissociative H2O [1] A lo largo de esta investigación se asigna la palabra reactor para generalizar a los electrolizadores, los cuales están compuestos por células electrolíticas. Este último concepto (células), se presenta durante el desarrollo de este trabajo para referirse a reactores didácticos que no pueden generar más de 1LPM (un litro por minuto de HHO).
jorge210503@gmaill.com
reactors1, were integrated with a data acquisition system, also with elements that enable users of the bank to perform safety experiments. To perform the analysis, it was integrated into the test bench, Wide Circuit Pulse and a wet cell reactor to evaluate the varying efficiency production of the generated gas results of the performing of Test Bench, varating the production of oxyhydrogen. Palabras clave: Test Bench, Circuito PWM, Oxihidrógeno, QFD, Electrolizador, Reactor de celda húmeda. INTRODUCCIÓN La electrólisis, es la disociación de la molécula de H2O mediante energía eléctrica, misma que se puede generar a partir de diferentes tecnologías, incluyendo seis fuentes primarias de energía renovable, cuatro fósiles y por medio de energía nuclear, por consiguiente, es factible el empleo de electricidad para llevar a cabo, la separación de la molécula de H2O en reactores de disociación, y de esta forma generar un combustible alterno, que genere un mínimo de residuos contaminantes y que puede ser aplicado a pilas de combustible, motores de combustión interna quemadores etc. Un Test Bench enfocado a reactores didácticos de H2, permite un ambiente de desarrollo protegido de riesgos en pruebas, así como la realización de experiencias de laboratorio asistidos por
computadora de forma sencilla, ya que dicho gas es inflamable, por lo que en la presente investigación se desarrolla con un marco metodológico que permite la integración de los elementos básicos para generar el Test Bench. Este proyecto del banco de pruebas, se desarrolló con una célula generadora de HHO, en la que se analizó la eficiencia de dicho módulo en base a tres variables, las cuales son: Intensidad de la corriente eléctrica, Temperatura del reactor y voltaje de alimentación, todo esto en relación a la producción del gas obtenido. Mediante el uso de PWM aplicado al reactor, ha sido posible mantener una producción de gas con características de alta eficiencia y un amplio rango en la variación de la producción del Hidrógeno. Con esto se confirma la teoría del sistema generador de pulsos, que se encuentra en las patentes del científico Stanley Meyer (1940-1998) [1], por lo que tres de sus patentes son fundamentos de esta investigación.
El esquema de la figura 1, es una adaptación de la metodología de desarrollo de proyectos de ingeniería [2], en donde se comienza detectando una necesidad humana, después de la aplicación del despliegue de la función de calidad (QFD) por sus siglas en inglés, el proceso deja de ser cíclico cuando se aprueba un concepto, mismo que satisface a los requerimientos que llevan a la solución del problema planteado en la definición del problema.
NOMENCLATURA 𝒕 = Tiempo de prueba en segundos. 𝑸 = Eficiencia. 𝐿𝑃𝑀 = Litros por minuto. 𝑀 = Masa molar de la substancia producida, en gramos por mol. 𝐸 = Parámetro RMS. 𝑛 = Número de valencia de la sustancia como ion en la solución (gramos/mol). 𝐼 = Corriente eléctrica. 𝑇 = Porcentaje del ciclo de trabajo de la señal PWM.
Figura 1: Metodología para el desarrollo del proyecto.
DETECCIÓN DE LA NECESIDAD De acuerdo con la metodología QFD, se identificaron 12 personas de la Universidad Politécnica del Valle de México y de la Universidad Nacional Autonoma de México que han realizado publicaciones relacionadas con Hidrógeno enfocado a desarrollo sustentable, en donde se aplicó un cuestionario (segundo paso del QFD), que determinó los siguientes requerimientos obligatorios: ü Seguridad del usuario en el manejo de Hidrógeno: ü Posibilidad de variar la producción del gas generado, mediante variación del voltaje promedio en el reactor.
los parámetros (voltaje temperatura, corriente, entre otros) que caracterizan la eficiencia de un reactor. BUSQUEDA Y RECOPILACIÓN DE LA INFORMACION En los últimos cinco años se ha incrementado el interés por diseñar bancos de pruebas [3, 11-13]. Cabe mencionar que se tienen registro de otras importantes investigaciones, en donde el autor no menciona si fueron desarrolladas en este tipo de Test Bench [4]. Esta recopilación también refleja que los sistemas de adquisición de datos, también se han incorporado para la obtención de los parámetros en los dispositivos sometidos a prueba. De igual forma se puede observar que LabVIEW es un software, que ha sido empleado en diferentes módulos de pruebas, ya que tiene las ventajas de ser intuitivo y flexible.
DEFINICION DEL PROBLEMA Se está buscando disociar la molécula de H2O con el menor consumo de energía posible2, en este proceso es importante saber si la eficiencia se incrementa al aumentar el número de placas, si hay un máximo de placas para obtener un porcentaje de eficiencia específico, o si influye el tipo de metal con que estén fabricados los electrodos del reactor. Además, es necesario escoger entre diferentes sustancias electrolíticas que pueden hacer que el proceso sea más eficiente, esto unificando una señal modulada en ancho de pulso que puede mejorar dicho proceso. De lo anteriormente expuesto, surge la necesidad de optimizar un conjunto de módulos para la obtención de
La búsqueda de información muestra tres tipos de bancos de pruebas enfocados a trabajo con Hidrógeno que se pueden resumir en: bancos de prueba de experimentos con electrólisis, bancos para motores de combustión interna, bancos y entrenadores en celdas de combustible; cabe mencionar que ninguno de los anteriores se enfoca específicamente al análisis de eficiencia en diferentes reactores didácticos; por lo que en el presente proyecto se consideran diferentes conceptos referentes a dicho concepto. En el elemento de potencia del circuito variador (MOSFET), se obtuvo el oscilograma de la señal modulada en ancho de pulso (figura 2). Se puede emplear la ecuación 1, que nos da el valor RMS, el
cual difiere del valor promedio que se obtiene, multiplicando el porcentaje del ciclo Ăştil, por la amplitud de los pulsos. đ??¸=
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PRIMERA LEY DE FARADAY DE LA ELECTRĂ“LISIS La masa de una sustancia depositada en un electrodo durante la electrĂłlisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad transferida a este electrodo. En el proceso de disociaciĂłn del agua, ha sido posible observar que la producciĂłn de H2 es el doble de la de O2. Esto es debido a que una mol de cualquier elemento, ocupa 22.4 litros en estado gaseoso independientemente de la masa molar del mismo. đ?‘š=
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DĂłnde: DĂłnde: `e’ es la amplitud mĂĄxima de la seĂąal PWM y t es el tiempo en alto de la seĂąal modulada. El escalar que se obtiene al calcular el valor promedio de una seĂąal PWM, es siempre menor que el resultado de calcular el parĂĄmetro RMS, esto conlleva a la hipĂłtesis de que, si se alimenta un reactor con corriente pulsada, debe obtenerse un nivel de eficiencia mayor. Posiblemente esta es la razĂłn por la que el cientĂfico Stanley Meyer3 [7], ha realizado patentes [1] en las que se incluyen mĂłdulos generadores de pulsos de alto voltaje. [2] se realizĂł reciente una investigaciĂłn sobre un reactor de oxihidrĂłgeno (HHO) publicada en el periĂłdico la jornada [5]. Otra investigaciĂłn similar es la de la UPVM [6], que ademĂĄs complementa al presente trabajo.
• • • • •
P = PresiĂłn absoluta V = Volumen m = Masa de la sustancia producida en el electrodo R = Constante universal de los gases ideales Te = Temperatura del reactor
INTEGRACIĂ“N DE ELEMENTOS La integraciĂłn del Test Bench, se realizĂł tomando en consideraciĂłn: el concepto ganador que surge del diseĂąo conceptual, requerimientos del cliente y normas NFPA [9], lo cual conlleva a los objetivos de diseĂąo (paso 6 del QFD) y se obtuvo como resultado el sistema mostrado en la figura 3.
Figura 4: Panel frontal del software de adquisiciĂłn diseĂąado en LabView. Figura 3: Dibujo y fotografĂa del banco de pruebas. Se ha integrado un programa sobre un entorno grĂĄfico, de manera que sea mĂĄs eficiente la adquisiciĂłn de los datos. De la misma forma, este programa es capaz de crear un fichero histĂłrico referente a las variables analizadas en el sistema. El panel frontal es para visualizar los datos de las variables monitoreadas durante el proceso de prueba del reactor. Dicho panel funciona como interfaz del Test Bench con el usuario ya que aquĂ se tienen indicadores numĂŠricos, grĂĄficos y una tabla que muestra los parĂĄmetros en tiempo real. ______________________ [3] El cientĂfico Stanley Meyer realizĂł experimentos en banco de pruebas, tambiĂŠn construyĂł su propio automĂłvil que necesitaba agua en vez de gasolina. Una vez calculada la masa de la substancia producida en el electrodo, se propone calcular de forma teĂłrica, el volumen de H2 con la siguiente formula.
EVALUACIĂ“N DE CAMPO Mediante la implementaciĂłn de un circuito PWM, se logrĂł variar la producciĂłn del gas HHO, por lo que se procediĂł a implementar el sistema con un soplete, con el fin de llevar a cabo corte de lĂĄmina. Al implementar el reactor generador como parte del sistema de oxicorte, se alcanzaron temperaturas de 750 grados en la flama. La eficiencia en el reactor con el que fue extraĂdo el gas, fue calculada por medio de la ecuaciĂłn 4, en donde T es el tiempo de prueba en segundos y 774400 es una Constante definida por la empresa Econogas [8], que estĂĄ especializada en HidrĂłgeno vehicular. đ?‘„=
774400 đ??żđ?‘ƒđ?‘€ ‌ 4 đ?‘‰đ?‘œđ?‘™đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘—đ?‘’ đ??śđ?‘œđ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘’đ?‘›đ?‘Ąđ?‘’ đ?‘Ą
Dónde: 774400 es un valor constante Se aplicó un cuestionario al cliente con el fin de saber si el concepto de diseño satisface los requerimientos planteados. Examinando el sistema y llevando a cabo la revisión de resultados, se aprueba el proyecto, debido a que es posible llevar a cabo el análisis de eficiencia en diferentes reactores.
Figura 5: Producción de H2 para diferentes porcentajes PWM [7]. En la presente investigación, se llevó a cabo un experimento similar al de Meyer en el que se obtuvo una tendencia, la cual se ve claramente en las gráficas de las figuras 5 y 6.
RESULTADOS OBTENIDOS En la gráfica patentada en 1986 por el científico Stanley Meyer [7], se puede apreciar claramente que se ha llegado a obtener una variación lineal de la producción de Hidrógeno, esto en función del porcentaje de modulación de los pulsos de voltaje aplicado, al reactor de celda húmeda. Meyer, demostró que por medio de la corriente pulsada en un reactor especifico, es posible obtener una mayor eficiencia en la producción del Hidrógeno. Figura 6: Gráfica de producción de gas para cinco diferentes porcentajes del PWM. CONCLUSIONES El presente trabajo aporta un desarrollo con el potencial de fomentar que el estudiante de mecatrónica, realice prototipos de energías renovables, enfocadas al HHO como combustible alterno. Además, en el proceso de diseño de nuevos reactores y en la optimización del Test Bench, se requieren personas con un perfil
preferentemente multidisciplinario como lo son los ingenieros en mecatrĂłnica, entre otros. Para calcular la eficiencia, se propone la fĂłrmula 4, las cuales sirven para el mismo fin, ya que con ambas se llega al mismo valor de eficiencia en un reactor o cĂŠlula electrolĂtica. El sistema de adquisiciĂłn se puede emplear para calcular la eficiencia, siempre y cuando se tenga una retroalimentaciĂłn experimental de la producciĂłn de gas, ya que con la mediciĂłn de la corriente se realiza el cĂĄlculo teĂłrico de la producciĂłn de gas con la ecuaciĂłn de los gases y primera ley de Faraday (anexo L), de forma que se integrarĂa todo en la ecuaciĂłn 5: đ??¸! đ??¸đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘’đ?‘›đ?‘?đ?‘–đ?‘Ž = Ă—100 ‌ 5 đ??¸! DĂłnde: đ??¸! es la eficiencia teĂłrica y se calcularĂa mediante la ecuaciĂłn 4 en tiempo real, empleando la producciĂłn (LPM) calculada mediante la ley de Faraday, mientras que đ??¸! es la eficiencia real, se calcularĂa mediante la misma ecuaciĂłn; pero el usuario tendrĂa que ingresar el dato de producciĂłn medido experimentalmente. TRABAJO FUTURO En futuras pruebas es posible realizar el cĂĄlculo teĂłrico de la producciĂłn de gas, en base al ĂĄrea de contacto de las placas de los electrolizadores, y compararlo con los resultados experimentales. De la misma forma, es necesario realizar el cĂĄlculo de
cuantos paneles solares se necesitan para producir H2 con un reactor didĂĄctico y que caracterĂsticas debe tener el acumulador con el que se llevarĂĄ a cabo dicho proceso. El proyecto puede apegarse tambiĂŠn a los estĂĄndares ISO/CD 22734-2 - H2 [10], que hacen seĂąalamientos, referentes a procesos de combustible con H2 obtenido mediante electrĂłlisis del agua y seguridad en el manejo del H2, en estado gaseoso. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFĂ?A [1] Meyer, Stanley. 1989. ÂŤGas generator voltage control circuitÂť Patent (Meyer, Gas generator voltaje control circuit) Office Ottawa. Recuperado de: http://rwgresearch.com/open-projects/stanley-meyerswfc-tec/patents-documents/ [2] Jairo DarĂo MurcĂa. 2009. ÂŤProyectos, formulaciĂłn y criterios de evaluaciĂłnÂť. Alfaomega. [3] DE LORENZO. 2014. ÂŤCatĂĄlogo de entrenadores para experiencias con energĂas renovables.Âť. Recuperado de: http://www.delorenzoglobal.com/upload/download/138 9968156RENEWABLE%20ENERGIES%20SPA.pdf [4] Yilmaz, Ali Can. 2010. ÂŤEffect of hydroxy (HHO) gas addition on performance and.Âť International Journal of hydrogen energy. 0360-3199. Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/223432759_ Effect_of_hydroxy_HHO_gas_addition_on_performanc
e_and_exhaust_emissions_in_compression_ignition_e ngines [5] Rosa de Guadalupe González Huera. 2016. DESARROLLAN EN EL IPN UN REACTOR DE OXIHIDRÓGENO. Periódico La Jornada, jueves 3 de marzo. Recuperado de: http://www.jornada.com.mx/2016/03/03/sociedad/040n 1soc [6] Colecio Ramón Juan Carlos y Medina Martínez Carlos. 2015. «SISTEMA DE OXICORTE MEDIANTE LA DISOCIACIÓN DE LA MOLECULA DE H2O PARA LÁMINAS DE METAL» Memorias del congreso científico de ingeniería. [7] Meyer, Stanley. 1986. «Hidrogen Gererator System» Patent Office Ottawa. Recuperado de: http://rwgresearch.com/open-projects/stanley-meyerswfc-tec/patents-documents/ [8] Econogas Grupo México «ECONOMIZADOR DE GASOLINA GENESIS HIDRÓXI» www.ecogasgrupomexico.com [9] NFPA 50 A Standard for Gaseous Hydrogen Systems at Consumer Sites. Recuperado de: http://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codesand-standards/list-of-codes-andstandards?mode=code&code=50A [10] ISO TR 15916 Basic considerations for the safety of hydrogen systems. Recuperado de: http://www.iso.org/iso/home/store/catalogue_ics/catalo gue_detail_ics.htm?csnumber=56546
[11] Karimaki, H. 2011. "The use of on-line hydrogen sensor for studying inert gas." International journal of hydrogen energy. 10179 – 10187 [12] Bianchi, Michele. 2014. "Preliminary investigations on a test bench for integrated micro-chp energy systems." Energy Procedia.1275 - 1284 [13] Mandal, Biswajit. 2012. «Effects of Geometry of Electrodes and Pulsating DC Input on Water Splitting for Production of Hydrogen» INTERNATIONAL JOURNAL of RENEWABLE ENERGY RESEARCH. 721 – 6573