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Revista UIS Ingenierías
Revista Activa *
ISSN: 1657-4583 ISSN electrónico: 2145-8456
Semestral
Ingeniería
Universidad Industrial de Santander
Colombia



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ALBERTO DAVID PERTUZ COMAS
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en: The increasing interest in renewable energy has opened an opportunity to apply this technology in the industry and domestic sector. However, in solar-based systems, limitations associated with the intermittent energy delivery can cause unstable performance and unreliable designs. Weather fluctuations, such as wind speed and appearance of clouds, are considered the principal factors that contribute to the instability in the amount of energy available. In the agriculture, for instance, the use of thermal solar energy applied to dryer systems is highly desirable since the process is energetically very intensive. Therefore, it is feasible to design dryer devices for agricultural products, with important economic returns due to energy savings and the value added to the materials processed. Thus, the energy performance of systems that operate with solar thermal energy can be improved by introducing an energy accumulation system based on the use of phase change materials (PCM). The detailed methodology for the design of a thermal energy accumulation system for a tunnel dryer type Hohenheim for agricultural products is presented. As PCM, paraffin is chosen because its melting temperature is near 60 °C, which is an appropriate value for the drying temperature of this kind of products. The theoretical calculations show that the value of the surface temperature has an important influence on phase change calculations and the total mass of PCM required in the system. On the other hand, the heat transfer is dominated by the external heat transfer in the air. Additionally, the tube diameter significantly affects the phase change time. The results obtained are important and make a significant contribution to the knowledge required for implementations of similar systems, since little has been explored in this field in regions where the weather conditions are suitable to unexpected changes. The design should be implemented in an experimental prototype of Hohenheim dryer and its performance is to be determined based on measurement of the energy change of the drying air.>>>es: El creciente interés en las energías renovables ha abierto una oportunidad para aplicar esta tecnología en la industria y el sector nacional. Sin embargo, en sistemas basados ​​en energía solar, las limitaciones asociadas con la entrega de energía intermitente pueden causar un rendimiento inestable y diseños poco confiables. Las fluctuaciones climáticas, como la velocidad del viento y la apariencia de las nubes, se consideran los principales factores que contribuyen a la inestabilidad en la cantidad de energía disponible. En la agricultura, por ejemplo, el uso de la energía solar térmica aplicada a los sistemas de secado es altamente deseable ya que el proceso es energéticamente intensivo. Por lo tanto, es factible diseñar dispositivos de secado para productos agrícolas, con retornos económicos importantes debido al ahorro de energía y al valor agregado de los materiales procesados. Por lo tanto, el rendimiento energético de los sistemas que funcionan con energía solar térmica se puede mejorar mediante la introducción de un sistema de acumulación de energía basado en el uso de materiales de cambio de fase (PCM). Se presenta la metodología detallada para el diseño de un sistema de acumulación de energía térmica para un secador de túnel tipo Hohenheim para productos agrícolas. Como PCM, se elige parafina porque su temperatura de fusión es cercana a 60 ° C, que es un valor apropiado para la temperatura de secado de este tipo de productos. Los cálculos teóricos muestran que el valor de la temperatura superficial tiene una influencia importante en los cálculos de cambio de fase y la masa total de PCM requerida en el sistema. Por otro lado, la transferencia de calor está dominada por la transferencia de calor externa en el aire. Además, el diámetro del tubo afecta significativamente el tiempo de cambio de fase. Los resultados obtenidos son importantes y aportan una contribución significativa al conocimiento requerido para implementaciones de sistemas similares, ya que se ha explorado poco en este campo en regiones donde las condiciones climáticas son adecuadas para cambios inesperados. El diseño debe implementarse en un prototipo experimental de secador Hohenheim y su rendimiento debe determinarse en función de la medición del cambio de energía del aire de secado.>>>
Mario Escobar-Ochoa
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Sandra Cuervo-Andrade
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Sonia Rincon-Prat
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es: Los proyectos robóticos involucran componentes enmarcadas dentro de áreas como mecánica, electrónica control y programación en las que intervienen diferentes variables críticas que pueden comprometer la obtención de los resultados esperados. En este proyecto un gran número de requerimientos fueron formulados para ser satisfechos con recursos limitados, lo que obliga a tener un escaso margen de error en su fabricación. Técnicas usadas en el desenvolvimiento de producto fueron empleadas para conseguir cumplir con las especificaciones exigidas para el proyecto. El artículo describe el desarrollo de un robot en las etapas de proyecto informacional, proyecto conceptual, proyecto detallado y fabricación. Se presentan las consideraciones de diseño estudiadas y analizadas para obtener un brazo robótico funcional que ejecuta tareas de agricultura. Fueron empleadas técnicas como QFD (Quality Function Development) para trasladar las necesidades asociadas al proyecto en decisiones de ingeniería. Se emplea el diagrama de Mudge (matriz de análisis de valor) como método de comparación y jerarquización de los requisitos. Con la aplicación de QFD los requerimientos del robot son transformados en características de calidad que permiten generar un proyecto conceptual con los métodos y actividades a ejecutar. Los resultados obtenidos mostraron la efectividad de emplear herramientas de diseño para concebir proyectos robóticos y focalizar los recursos en satisfacer los requerimientos.>>>en: Robotic projects involve components framed within areas such as electronics; mechanics, control and programming in which different critical variables intervene that can compromise the achievement of the expected results. In this project, numerous requirements were formulated to be satisfied with limited resources, which forces to have a small margin of error in its manufacture. Techniques used in product development were used to achieve the required specifications for the project. The article describes the development of a robot in the stages of informational project, conceptual project, detailed project and manufacturing. They are presented design considerations studied and analyzed to obtain a functional robotic arm running tasks agriculture. Techniques such as QFD (Quality Function Development) were used to translate the needs associated with the project into engineering decisions. The Mudge diagram (value analysis matrix) is used as a method of comparison and hierarchy of requirements. With the application of QFD the requirements of the robot are transformed into quality characteristics that allow to generate a conceptual project with the methods and activities to execute. The results showed the effectiveness of using design tools to create robotic systems and to focus resources on satisfying the requirements.>>>
Cristhian Riaño-Jaimes
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César Peña-Cortés
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Heller Sánchez-Acevedo
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es: En este trabajo se evalúa el comportamiento eléctrico de estructuras considerando diferentes materiales conductivos y no conductivos en el sistema poste-cruceta. Para lograr este objetivo, se llevan a cabo ensayos tanto a frecuencia industrial como de impulso tipo descarga atmosférica para diferentes combinaciones de materiales que conforman una estructura típica empleada en el sistema de distribución de Empresas Públicas de Medellín (EPM). A partir de los resultados de los ensayos de tensión de impulso, es posible contrastar estos con los valores de referencia de la tensión de flameo al impulso crítico (CFO) establecidos en la norma IEEE Std. 1410. Finalmente, el comportamiento a frecuencia industrial es verificado por medio de simulaciones de campo electrostático usando el análisis de elementos finitos.>>>en: In this paper, the electrical behavior of structures is assessed considering conductive and non-conductive materials for a pole-crossarm arrangement. To achieve this, AC and impulse tests are performed for a typical distribution structure used in Empresas Públicas de Medellín (EPM) distribution system and composed by pole and crossarm for different combination of materials. From the result obtained by the impulse test, it is possible to stablish the contrast with the critical flash overvoltage (CFO) reference values published in the IEEE Std. 1410. Finally, the low-frequency behavior is verified by means electrostatic field simulation using the finite element analysis.>>>
Andrés Vanegas
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Esteban Velilla
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Alejandro Valencia
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en: In the following research, the mechanical and dynamic vibratory properties between a fique fiber reinforced composite and a composite with E-glass fibers were compared. The materials were fabricated trough a vacuum infusion manufacturing technique using a bioepoxy resin. The mechanical properties were obtained by tensile tests according to the ASTM standards for each configuration. The results demonstrated higher values in stiffness and strength for the composite with E-glass fiber. Experimental modal analysis was used for the dynamic vibrational study, obtaining very similar behaviors for each material. The interface between the materials was studied by scanning electron microscopy, in which a low adhesion between the natural fiber and the resin was evidenced; affecting the mechanical and dynamic properties of the fique composite compared to the E-glass composite.>>>es: En la presente investigación se compararon las propiedades vibratorias mecánicas y dinámicas entre un compuesto reforzado con fibras y un compuesto con fibras de vidrio - E. Los materiales se fabricaron a través de una técnica de fabricación de infusión al vacío utilizando una resina bioepoxi. Las propiedades mecánicas se obtuvieron por ensayos de tracción según las normas ASTM para cada configuración. Los resultados demostraron valores más altos en rigidez y resistencia para el compuesto con fibra de vidrio - E. Se utilizó el análisis modal experimental para el estudio vibratorio dinámico, obteniendo conductas muy similares para cada material. La interfaz entre los materiales se estudió mediante microscopía electrónica de barrido, en la que se evidenció una baja adhesión entre la fibra natural y la resina; que afecta las propiedades mecánicas y dinámicas del compuesto fique en comparación con el compuesto de vidrio - E.>>>
Bladimir Ramón
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Rolando Guzman
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es: Las ecuaciones diferenciales lineales y no lineales constituyen los medios matemáticos para estudiar la dinámica de los sistemas físicos. En general esas ecuaciones pueden ser analizadas y resueltas analíticamente por métodos clásicos. En el caso de sistemas complejos no lineales hay que recurrir a métodos numéricos para su análisis y solución. Utilizando la metodología de Dinámica de Sistemas (DS) es posible representar, analizar y simular el comportamiento de sistemas físicos tanto lineales como no lineales. En este trabajo se estudian algunos modelos físicos mediante DS.>>>en: Linear and nonlinear differential equations are mathematical instruments to study physical systems. In general, these equations can be analyzed and solved analytically by classical methods. In the case of complex nonlinear systems, numerical methods must be used for analysis and solution. Using Systems Dynamics (SD) methodology it is possible to represent, analyze and simulate the behavior of both linear and nonlinear physical systems. In this paper we consider some physical models using SD.>>>
Giampaolo Orlandoni-Merli
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Josefa Ramoni-Perazzi
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en: The aim of this article is to design a Cutting System for Oil-palm fruit bunches to reduce both the low back stress in workers and the damage received by the bunches when impacting the soil. The Oil palm has gained importance around the world because its efficiency in terms of productivity and resources consumption. However this palm can reach 20 meters high with a leaf crown that make difficult to have access to the fruit bunches. Bunches can weigh between 20 and 25 kg, in consequence, workers have to adopt uncomfortable postures that force the body and develop musculoskeletal disorders especially the low back pain. The process of design starts by a field analysis that allows to determinate the way in which workers use tools like Malaysian knife, and the postures that they normally adopt to develop this task. This information was taken to create alternatives and concepts, which were modelled in CAD software and tested through a finite element analysis. The low back stress is reduced trough taking the mass centre of the tool out of the body; this is possible with a new support that carried the cutting tool while workers only manoeuvre to give direction. To reduce the impact energy, it was performed panels around the palm, which offer an elastic deformation, those can adopt the form of a wheelbarrow to make easy its transportation. Through this system workers are able to cut the bunches without perform inappropriate body postures and at the same time, as the mass centre is out of the operator’s body there is no reaction over lumbar discs. Otherwise, as panels produce an elastic deformation while bunch’s collide this increase the time for fruit bunches to reach the soil, for that the deceleration enhance and in this way the collision force is reduced.>>>es: El objetivo de este artículo es diseñar un sistema de corte para racimos de fruta de palma de aceite para reducir tanto el estrés lumbar en los trabajadores como el daño recibido por los racimos al impactar el suelo. La palma de aceite ha ganado importancia en todo el mundo debido a su eficiencia en términos de productividad y consumo de recursos. Sin embargo, esta palma puede alcanzar los 20 metros de altura con una corona de hojas que dificultan el acceso a los racimos de frutas. Los racimos pueden pesar entre 20 y 25 kg, en consecuencia, los trabajadores tienen que adoptar posturas incómodas que fuerzan al cuerpo y desarrollan trastornos musculoesqueléticos, especialmente el dolor lumbar. El proceso de diseño comienza con un análisis de campo que permite determinar la forma en que los trabajadores usan herramientas como el cuchillo malasio y las posturas que normalmente adoptan para desarrollar esta tarea. Esta información se tomó para crear alternativas y conceptos, que se modelaron en software de CAD y se probaron a través de un análisis de elementos finitos. El estrés de la espalda baja se reduce al retirar el centro de masa de la herramienta del cuerpo; esto es posible con un nuevo soporte que lleva la herramienta de corte, mientras que los trabajadores solo maniobran para dar dirección. Para reducir la energía de impacto, se realizaron paneles alrededor de la palma, que ofrecen una deformación elástica, que pueden adoptar la forma de una carretilla para facilitar su transporte. A través de este sistema, los trabajadores pueden cortar los racimos sin realizar posturas corporales inapropiadas y, al mismo tiempo, como el centro de masa está fuera del cuerpo del operador, no hay reacción sobre los discos lumbares. De lo contrario, como los paneles producen una deformación elástica mientras chocan los racimos, esto aumenta el tiempo para que los racimos de fruta lleguen al suelo, por lo que la desaceleración mejora y de esta manera se reduce la fuerza de colisión.>>>
Lina Parra-Ruiz
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Jorge Quintero-Medina
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Fernanda Maradei
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es: Un análisis multi-criterio ha sido desarrollado para evaluar la capacidad de absorción de energía de tubos circulares fabricados con láminas de metal expandido y láminas sólidas. Mediante un Proceso de Jerarquía Analítica (AHP -Analytic Hierarchy Process) se asignaron como peso a diferentes parámetros de carga y resistencia de impacto. Posteriormente, estos pesos han sido luego atribuidos a una Evaluación Proporcional Compleja (COPRAS -Complex Proportional Assessment) para seleccionar la mejor opción entre seis alternativas disponibles. Los resultados muestran que los tubos circulares fabricados con láminas de metal expandido y celdas individuales con orientación α=0º presentan características favorables para absorber energía de forma controlada y estable, así como eficientes parámetros de diseño estructural. La metodología de análisis multi-criterio constituye una valiosa herramienta en los procesos de toma de decisiones para la selección de dispositivos empleados en aplicaciones de absorción de energía.>>>en: A multi-criteria analysis has been developed to evaluate the energy absorption of round tubes made with expanded metal sheets and solid sheets. Throughout an AHP (Analytic Hierarchy Process) the assignation of the weight to different load parameter and impact resistance were given. Thereafter, these weights were then attributed to the COPRAS method (Complex Proportional Assessment) to select the best alternative among the available options. The results show that the circular tubes made with deployed metal sheets and individual cells with orientation α=0º present favorable characteristics to absorb energy in a controlled and stable way as well as efficient structural design parameters. Multi-criteria analysis methodology is a valuable support for decision making processes to the selection of devices used in energy absorbing applications.>>>
Carlos Graciano
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Manuel Martínez
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es: Este proyecto de investigación muestra la implementación de controladores digitales clásicos dentro de un sistema embebido para controlar la temperatura de un sistema térmico. El sistema embebido seleccionado fue el computador de placa reducida Raspberry Pi 2 B+ junto con una tarjeta Arduino UNO. En la etapa de medición se desarrolló el hardware para transmitir los datos de la temperatura desde la termorresistencia PT-100 hacia la Raspberry Pi. Para la etapa de implementación computacional se desarrolló un algoritmo para los diferentes controladores y con base en este, se programaron los controladores en Python 2.7. Para el actuador se diseñó una etapa de potencia que convierte el voltaje ac en un voltaje dc, a partir de una señal PWM. Este voltaje dc se utiliza para alimentar una resistencia térmica que es la que se encarga de ejecutar la acción de control del sistema. Con la implementación de los tipos de controladores se realizó un análisis comparativo destacando las características más relevantes del sistema para cada tipo de controlador y permitiendo evaluar también el rendimiento de la Raspberry Pi. Con base en los resultados obtenidos en la ejecución del proyecto, se concluye la viabilidad para controlar sistemas térmicos bajo diferentes tipos de controladores embebidos en la Raspberry Pi y con la posibilidad de desarrollar estrategias de control inteligente para futuros proyectos, a través de herramientas de software y hardware libre.>>>en: This research project shows the implementation of classic digital controllers in an embedded system to control the temperature of a thermal system. The embedded system selected was in the computer board Raspberry Pi 2 B+ together with an ONE Arduino board. In the measurement stage the hardware was developed for to transmit the temperature data from the PT-100 thermometer resistance towards the Raspberry PI. For the implementation of the computational stage was developed an algorithm for the different controllers and based on this the controllers were programmed in Python 2.7. For the actuator a power stage was designed that converts the ac voltage into a voltage dc, from a PWM signal. This dc voltage is used to feed a thermal resistance that is responsible for executing the control action of the system. With the implementation of the types of controllers, a comparative analysis was realized highlighting the most relevant characteristics for each type of controller and allowing to also evaluate the performance of the Raspberry Pi. Based on the results obtained in the execution of the project, it concluded the feasibility to control thermal systems under different types of controllers embedded in the Raspberry Pi and with the possibility of developing intelligent control strategies for futures projects, through the use of software tools and free hardware.>>>
Francisco Moreno
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Sergio Sepúlveda
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es: Los reactores de lecho fluidizado son equipos utilizados en la industria de hidrocarburos, para procesos heterogéneos gas-sólido, tanto catalíticos como no catalíticos. Las aplicaciones industriales más importantes incluyen el cracking catalítico, combustión y/o gasificación de carbón, biomasa y residuos sólidos, entre otros. En este trabajo se estudia el comportamiento fluidodinámico gas-solido, usando técnicas computaciones de Dinámica de Fluidos (CFD) en un lecho fluidizado a nivel laboratorio de 1 m de longitud y 5 cm de altura de lecho, se implementó la metodología de Large Eddy simulation (LES) y mallas casi-uniformes construidas previo cálculo de las micro escalas turbulentas. Las simulaciones fueron validadas con datos de la literatura, logrando describir el comportamiento de descenso de partículas (annulus) , sin necesidad de refinamiento cerca de la pared y mejorando el tiempo de computo en comparaciones con simulaciones realizadas usando RANS.>>>en: The fluidized bed reactors are commonly used in the petrochemical industry, with applications in catalytic and non-catalytic processes. An important use of this technology includes the catalytic cracking, as well as the gasification of coal, biomass and solid waste. This work studied the fluid dynamics inside a lab scale fluidized bed, which was 1 meter long with 5 cm bed height. The study was carried out using Computational Fluid Dynamics (CFD), including the use of Large Eddy Simulation methodology (LES), in addition to the use of a quasi-uniform computational grid, which was created before the micro scale turbulence calculation. Therefore, it was possible to describe the behavior of the particles at annulus of the unit, without the need of having a refined grid near the wall. This resulted in an improvement on the required calculation time compared to the simulations that use the RANS methodology. The simulation results showed good agreement with the data reported in literature.>>>
Germán González
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Natalia Prieto
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en: In this paper an Active Vibrational Control (AVC) for a three-cart problem is studied. The Filtered-x Least Mean Square (FxLMS) and Recursive Least Square (RLS) algorithms are compared in terms of disturbance rejection, computational cost and control effort when a correlated measurement of the disturbance is available. The proposed RLS compensator considers a feedback coupling between the compensator and the disturbance. The secondary propagation path of the plant was estimated using normalized LMS (NLMS) algorithm. The internal positive coupling is modeled as a FIR filter estimated by the real plant parameters. Simulations showed a superior performance of RLS algorithm with a reasonable computer cost. The comparative analysis was performed comparing the tradeoff between the filter order and the magnitude of the rejection.>>>es: En este artículo se estudia un Control Vibratorio Activo (AVC) para un problema de tres carritos. Se comparan los algoritmos de mínimos cuadrados filtrados (FxLMS) y mínimos cuadrados recurrentes (RLS) en términos de rechazo de perturbaciones, costo computacional y esfuerzo de control cuando se dispone de una medición correlacionada de la perturbación. El compensador RLS propuesto considera un acoplamiento de retroalimentación entre el compensador y la perturbación. La ruta de propagación secundaria de la planta se estimó utilizando el algoritmo LMS normalizado (NLMS). El acoplamiento positivo interno se modela como un filtro FIR estimado por los parámetros reales de la planta. Las simulaciones mostraron un rendimiento superior del algoritmo RLS con un costo informático razonable. El análisis comparativo se realizó comparando la compensación entre el orden del filtro y la magnitud del rechazo.>>>
Efraín Mariotte
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es: Este trabajo presenta una modelación hidrológica con HEC-HMS de una pequeña cuenca experimental urbana, ubicada en zona montañosa de la ciudad de Manizales, Colombia. El estudio se realiza para conocer la respuesta hidrológica en cuencas urbanas de alta montaña, donde el aumento del proceso de urbanización ha producido modificaciones en la dinámica natural de las cuencas, trayendo como consecuencia aumentos en los volúmenes de escorrentía, en los caudales punta y en las velocidades de flujo, lo que a su vez incrementa el riesgo a inundaciones pluviales. Esta problemática es más crítica en cuencas urbanas de montaña ya que las altas pendientes aumentan aún más las velocidades de flujo. En este tipo de cuencas se tienen pocos estudios. Del análisis realizado en la cuenca seleccionada se encuentra que el uso de suelo ejerce mayor control de las altas pendientes en la respuesta hidrológica.>>>en: Here is presented a HEC-HMS hydrological modeling in a small experimental urban watershed, located in a mountainous area of the city of Manizales, Colombia. The study is realized to determine hydrological response in high mountain urban watersheds, where urbanization has created an acute problem relating to floods. This process has produced changes in natural dynamics of watersheds, resulting increases in runoff volumes, peak flows and flow velocities, what in turn increases the floods risk. This problem is most critical in urban mountain watersheds, due to steep slopes, it rises even more flow velocities. From the analysis in the selected watershed, it was found that land use exerts greater control over the hydrological response than high slopes.>>>
Diana Rey-Valencia
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Jeannette Zambrano
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en: This work presents a literature review of the synthetic silica production pathways which are classified in thermal (also known as pyrogenic) and wet. They lead to different commercial references with different properties depending not only on the process conditions but also on the raw material characteristics. Based on the aforementioned, a simile is made with the rice husk ash (RHA) obtained from rice husk combustion, and its main physical-chemical properties required for its use in polymer sector are also shown. In this sense, this work shows a wide review of chemical composition, surface area, molecular structure (amorphous or crystalline) and particle size of different RHA found in literature. Finally, the mechanical performance of both thermoplastics and elastomers reinforced with RHA reported in literature is also described and compared with those composites reinforced with some commercial silica.>>>es: Este trabajo presenta una revisión de las rutas de obtención de sílice sintética, clasificadas como de tipo térmico (también conocido como pirogénico) y líquido, las cuales dan lugar a diferentes referencias con diversas propiedades dependiendo, no solo de las condiciones del proceso sino también de las características de la materia prima. Con base en lo anterior, se hace un símil con la ceniza cascarilla de arroz (CCA) obtenida a partir de la combustión de la cascarilla de arroz, y se resaltan las principales propiedades físico-químicas para su utilización como reforzante en el sector de polímeros. En este sentido, este trabajo muestra una amplia revisión de la composición química, área superficial, estructura molecular y tamaño de partículas de diferentes CCA encontradas en la literatura. Finalmente, se describe el desempeño mecánico de materiales termoplásticos y elastómeros reforzados con CCA reportados en la literatura y comparados con compuestos reforzados con algunas sílices comerciales.>>>
Natalia Cardona-Uribe
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Cindy Arenas-Echeverri
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Mariluz Betancur
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Leyla Jaramillo
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Juan Martínez
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es: Los motores de combustión interna a gasolina tienen conocidos problemas de eficiencia térmica y alto índice de emisión de gases contaminantes. Por otro lado, existen procesos químicos y eléctricos que han permitido obtener fuentes de energía limpia del agua. La electrólisis permite mediante un proceso electroquímico la obtención de gas de hidrógeno y oxígeno, de cuya mezcla se obtiene HHO. Las características moleculares del HHO permiten la disminución de gases tóxicos al ambiente y el ahorro de combustibles hidrocarbonados en motores de combustión interna. En este trabajo se investigan los beneficios potenciales de la mezcla de HHO como aditivo a los combustibles fósiles, en particular, la gasolina comercial. Se describe el diseño de un sistema con una celda electrolítica y se evalúa el desempeño de un motor de 110 cm3 en términos del consumo específico de combustible, potencia, torque y emisión de gases.>>>en: Gasoline internal combustion engines have known issues related to thermal efficiency and high emission of polluting gases. On the other hand, there are chemical and electrical processes that have provided sources of clean energy from water. Electrolysis allows the production of hydrogen and oxygen gas by means of an electrochemical process, from which HHO is obtained. The molecular characteristics of HHO allow the reduction of toxic gases to the environment and the saving of hydrocarbon fuels in internal combustion engines. In this paper, we investigate the potential benefits of HHO mixtures as an additive to fossil fuels, in particular, commercial gasoline. We describe the design of a system with an electrolytic cell and evaluate the performance of a 110 cm3 engine in terms of brake specific fuel consumption, brake power, brake torque and gas emissions.>>>
Ángel Orlando Díaz-Rey
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Jonathan Eduardo González-Gil
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Octavio Andrés González-Estrada
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es: Este artículo analiza el impacto que tienen las plantas de generación fotovoltaica y eólica en el precio del mercado Spot cuando se tiene un modelo de despacho de energía no liberalizado y se usa una estrategia de despacho que da beneficios a las plantas renovables, permitiéndoles despachar con un precio de oferta igual a cero. La técnica de Replicator Dynamics usa la utilidad marginal de las plantas para optimizar el despacho, llegando al óptimo cuando las plantas alcanzan la misma utilidad marginal. El estudio también incluye la representación estocástica de la velocidad del viento y la radiación solar para analizar las variaciones en la utilidad marginal cuando se tiene generación eólica, cuando se tienen generación fotovoltaica y cuando se incluyen los dos sistemas de generación de forma simultánea. Los resultados indican que la estrategia de despacho genera variaciones hasta de un 21.9% en la utilidad marginal, afectando a las plantas en firme con reducciones de hasta un 58.6% en la potencia despachada cuando se tiene únicamente Generación Fotovoltaica e incluso haciendo que disminuya a cero cuando se tiene generación eólica.>>>en: This paper analyzes the impact of photovoltaic and wind power plants on the price of Spot market, when a nonliberalized energy market and a profit-based dispatch strategy for renewable plants are used, that allow them dispatching the power at an offer price equal to zero. The Replicator Dynamics technique uses marginal utility of the power plants to optimize the dispatch, reaching the optimal when marginal utility of the plants become equal. The study also includes stochastic representation for wind velocity and solar radiation to analyze the variations in the marginal utility for three cases: including wind power plants, including photovoltaic power plants, and including both wind and photovoltaic power plants simultaneously. Results indicate that the dispatch strategy generates variations of up to 21.9% in the marginal utility, affecting the thermal plants with reductions of up to 58.6% in the power delivered when Photovoltaic Generation is included, and even causing this power fall to zero when wind power generation is included.>>>
Jorge Alexander Alarcón-Villamil
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Sergio Raúl Rivera-Rodríguez
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Francisco Santamaría-Piedrahita
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es: El ensamble de estructuras se observa desde la escala molecular hasta la cosmológica. El ensamble de componentes discretos fundamentales puede llevar a la formación de una amplia variedad de estructuras, desde simples hasta complejas. En este trabajo estudiamos el ensamble de bloques moleculares fundamentales que forman trímeros no-simétricos en la mesoescala. El proceso de ensamble se modela mediante un sistema de ecuaciones tipo Fokker-Planck acopladas en la frontera. El modelo matemático se resuelve en un espacio de estados, donde las trayectorias dan información de la probabilidad de formar diferentes trímeros por difusión a través de una barrera de potencial de energía no simétrica. Los resultados muestran que las condiciones de frontera no-homogéneas y la configuración de la barrera de potencial determinan cual estructura ensamblada, trímero, tiene la mayor probabilidad de formarse.>>>en: Structures assembly takes place from molecular to cosmological scale. The building of structures comes up from fundamental and discrete components. In this work we study the formation of molecular non-symmetric trimers at the mesoscale. The assembly process is modeled by a set of Fokker-Planck type equations coupled through the boundary conditions. The mathematical model is solved in the space of trajectories where the probability of assembling is evaluated. Obtained results show how the assembly process depends on the boundary conditions and the shape of energy barriers.>>>
Andrés Arango-Restrepo
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Daniel Barragán
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es: El concepto de daño continuo es usado para estudiar la interacción entre fracturas hidráulicas y fracturas naturales a través del planteamiento de un modelo, cuyo objetivo es representar el camino de propagación y la relación entre estos dos tipos de fracturas, así como, predecir su complejo comportamiento sin la necesidad de predefinir su dirección como ocurre en otras aplicaciones de elementos finitos, proporcionando resultados más consistentes con el comportamiento físico del fenómeno. El enfoque usa simulaciones de elementos finitos a través del software Abaqus para modelar el fracturamiento por daño o el proceso de fracturamiento por propagación de daño en una roca. El modelado del fenómeno se desarrolla en dos dimensiones (2D) de manera que la fractura será representada por una línea y el frente de fractura por un punto. Se considera comportamiento constitutivo no-lineal, deformación finita, deformación dependiente del tiempo, deformación hardening y softening, y deformación basada en la evolución del daño en compresión y tensión.>>>en: The continuum damage concept is used to study the interaction between hydraulic fractures and natural fractures through a model, whose objective is to represent the path of propagation and the relationship between these two types of fractures, as well as predict their complex behavior without the need to predefine its direction as it occurs in other applications of finite elements, providing results more consistent with the physical behavior of the phenomenon. The approach uses finite element simulations through Abaqus software to model damage fracturing or fracturing process by damage propagation in a rock. The modeling the phenomenon develops in two dimensional (2D) so that the fracture will be represented by a line and the crack front by a point. It considers nonlinear constitutive behavior, finite strain, time-dependent deformation, strain hardening and softening, and strain based damage evolution in compression and tension.>>>
Anny Zambrano-Luna
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Germán González-Silva
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Yair Quintero-Peña
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es: El proceso de Melt Spinning es utilizado para la fabricación de cintas delgadas de materiales amorfos. El material se inyecta a través de una boquilla en estado líquido y se solidifica al entrar en contacto con una rueda rotante. En este trabajo se pretende encontrar mediante simulación computacional realizada con OpenFOAM® un perfil térmico del material desde su eyección por la boquilla hasta la conformación de la cinta propiamente dicha. Se utilizaun modelo de dos fases del tipo Volume of Fluids (VOF). A pesar de que ninguno de los dos fluidos (metal fundido y aire) puede considerarse compresible para las presiones de trabajo se utiliza un método de resolución de naturaleza compresible. Esto permite representar los cambios de densidad en el aire por cambios de temperatura y definir un modelo termo-físico para la aleación. Para esto, se considera una aleación de conductividad térmica, calor específico y densidad constantes. El cambio de fase es representado por un modelo que relaciona viscosidad org.siir.client.entities.InlineGraphic@935aa9 con temperatura org.siir.client.entities.InlineGraphic@253aad en el cual la viscosidad crece varios órdenes de magnitud cuando el material pasa por debajo de la temperatura de cristalización. Entre las opciones de modelos viscosos que ofrece OpenFOAM®, se selecciona un modelo polinómico cuyos coeficientes fueron determinados mediante rutinas OCTAVE hasta lograr una curva dea juste 1 para la viscosidad dentro del rango de temperaturas de 600 a 1700ºC.>>>en: The Melt Spinning process is used for thin ribbons manufacture of amorphous materials and nanocrystalline. The material in liquid state is injected through a nozzle and solidifies upon contact with a copper rotating wheel. In this work, we intend to find, by means of a computer simulation with OpenFOAM®, a thermal profile of the material from its ejection through the nozzle to the conformation of the ribbon itself. A two-phase model of the Volume of Fluids (VOF) type is used. Although neither of the two fluids (molten metal and air) can be considered compressible for working pressures, a resolution method of a compressible nature is used. This allows to represent the density changes in the air due to temperature changes, and to define a thermo-physical model for the specific alloy. For this, we considered an alloy of constant thermal conductivity, specific heat and density. The phase change is represented by a model that relates viscosity org.siir.client.entities.InlineGraphic@1f4e565 with temperature org.siir.client.entities.InlineGraphic@1008b84 in which the viscosity increases several orders of magnitude when the material passes below the crystallization temperature. Among the options of viscous models offered by OpenFOAM®, we select a polynomial model whose coefficients were determined by OCTAVE routines until achieving a fitting curve 1 for the viscosity within the temperature range of 600 to 1700ºC.>>>
Francisco Barceló
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Axel Larreteguy
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Marcelo Pagnola
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en: A new finite control volume in a Lagrangian-Eulerian framework is presented (see papers 1, 28), in which a local space-time domain is studied, in order to design a locally conservative scheme. Such scheme accounts for the delicate nonlinear balance between the numerical approximations of the hyperbolic flux and the source term for balance law problems linked to the purely hyperbolic character of conservation laws. Furthermore, by combining the ideas of this new approach, we give a formal construction of a new algorithm for solving several nonlinear hyperbolic conservation laws in two space dimensions. Here, a set of pertinent numerical experiments for distinct models is presented to evidence that we are calculating the correct qualitatively good solutions.>>>es: Un nuevo volumen finito de control es presentado en un enfoque Lagrangiano-Euleriano (ver artículos 1, 28), en este, un dominio de espacio-tiempo es estudiado con el fin de diseñar un esquema localmente conservativo. Tal esquema tiene en cuenta el delicado balance no linear, entre las aproximaciones numéricas del flujo hiperbólico y el término fuente, en problemas de ley de balance ligados con leyes de conservación puramente hiperbólicas. Además, combinando algunas ideas de este nuevo enfoque, hacemos una construcción formal de un nuevo algoritmo para resolver importantes problemas de leyes de conservación en dos dimensiones espaciales. Un conjunto pertinente de experimentos numéricos para diferentes modelos es presentado para mostrar evidencia que soluciones cualitativamente correctas son aproximadas.>>>
es: El secado de frutales caducifolios, como las manzanas, es un proceso en el cual se disminuye la cantidad de humedad contenida dentro del fruto. Además, se busca prolongar el tiempo en el que conserven propiedades organolépticas, físicas y químicas actas para el consumo humano, también este proceso tiene por objeto disminuir los desperdicios y generar una economía rentable en empresas agrícolas productoras de alimentos deshidratados. Según los estándares nacionales, en Colombia se pierde y se desperdicia el 58 % de las frutas y las verduras (6,1 millones de toneladas), mientras que en el mundo el promedio está en 45 % 1. En Colombia, la región que tiene el mayor nivel de participación en la pérdida nacional es la Centro-oriental (Cundinamarca, Santander, Norte de Santander y Boyacá) con una participación del 1 millón de toneladas entre frutas y verduras. Este proyecto busca realizar una simulación del proceso de transferencia de calor presente en un secador solar de manzanas. En el proceso de secado de frutas intervienen diversas variables físicas, como la temperatura, la velocidad del aire, la humedad de la fruta, el tiempo de secado 12 y para garantizar una calidad óptima en la fruta se deben controlar dichas variables, los fenómenos de transferencia de calor a utilizar son: la convección de calor producida en el aire con los sólidos, la radiación del sol, y la conducción entre los sólidos que componen la estructura de un equipo secador. Existen diversos softwares que facilitan la elaboración de esta simulación como: Matlab o Python. Finalmente se presentan los resultados de las simulaciones realizadas para que con ellas se pueda continuar con el proceso de diseño del secador.>>>en: The drying of fruits such as apples is a process in which the amount of moisture is decreased. Furtheremore this process looks for to prolong the time which the fruits preserve organolectic, physical and chemical properties for human consumption, this process also aims to reduce waste and generate a profitable economy in agricultural companies producing dehydrated foods. According to national standards, 58 % of fruits and vegetables are lost and wasted in Colombia, while in the world the average is 45 % 1. In Colombia, the region with the highest level of participation in the national loss is the Central Eastern (Cundinamarca, Santander, Norte de Santander and Boyacá) with one million tons. This project seeks to simulate the heat transfer process in a solar apple dryer. In the fruit drying process, various physical variables are involved, such as temperature, air velocity, fruit moisture, drying time 12. In order to guarantee an optimal quality in the fruit, these variables must be controlled, the heat transfer phenomena to be used are: the convection of heat produced in the air with the solids, the radiation of the sun, and the conduction between the solids of the structure of a dryer equipment. There are several software that facilitate the elaboration of this simulation as: Matlab or Python. Finally the results of the simulations are presented. With these results you can continue with the dryer design process.>>>
Pedro Julián García
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Jersson León-Medina
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Leydi Cárdenas-Flechas
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en: Spectral multiplexing sensors based on compressive sensing attempt to break the Nyquist barrier to acquire high spectral resolution scenes. Particularly, the colored coded aperture-based compressive spectral imager extended to video, or video C-CASSI, is a spectral multiplexing sensor that allows capturing spectral dynamic scenes by projecting each spectral frame onto a bidimensional detector using a 3D coded aperture. Afterwards, the compressed signal reconstruction is performed iteratively by finding a sparse solution to an undetermined linear system of equations. Even though the acquired signal can be recovered from much fewer observations by an org.siir.client.entities.InlineGraphic@7e6898 -norm recovery algorithm than using conventional sensors, the reconstruction exhibits diverse challenges originated by the temporal variable or motion. The motion during the reconstruction produces artifacts that damages the entire data. In this work, a multiresolution-based reconstruction method for compressive spectral video sensing is proposed. In this way, it obtains the temporal information from the measurements at a low computational cost. Thereby, the optimization problem to recover the signal is extended by adding temporal information in order to correct the errors originated by the scene motion. Computational experiments performed over four different spectral videos show an improvement up to 4dB in terms of peak-signal to noise ratio (PSNR) in the reconstruction quality using the multiresolution approach applied to the spectral video reconstruction with respect to the traditional inverse problem.>>>es: Los sensores de multiplexación espectral basados en muestreo compresivo intentan romper la barrera de Nyquist para adquirir escenas de alta resolución espectral. Particularmente, el sistema de imágenes espectrales de única captura basado en aperturas codificadas de color extendido a vídeo, o video – CCASSI, es un sensor de multiplexación espectral que permite la adquisición de imágenes espectrales dinámicas proyectando cada fotograma espectral sobre un detector bidimensional usando un apertura de codificación 3D. Posteriormente, la reconstrucción de la señal comprimida se realiza iterativamente encontrando una solución escasa a un sistema lineal de ecuaciones indeterminado. Si bien la señal adquirida puede ser recuperada desde un algoritmo basado en la norma org.siir.client.entities.InlineGraphic@136c92, con muchas menos observaciones en comparación a los sistemas convencionales, dicha reconstrucción presenta diversos desafíos originados por la variable temporal o el movimiento. El movimiento durante la reconstrucción produce artefactos que dañan la totalidad de los datos. En este trabajo, se propone un método de reconstrucción basado en múltiples resoluciones para la adquisición compresiva de video espectral. De este modo, el problema de optimización para recuperar la señal se amplía añadiendo la información temporal como restricción, con el objetivo de corregir los errores originados por el movimiento de la escena. Los experimentos computacionales realizados en cuatro videos espectrales diferentes muestran una mejora de hasta 4dB en términos de relación pico-señal a ruido (PSNR) en la calidad de reconstrucción usando el enfoque multirresolución aplicado a la reconstrucción de video espectral con respecto al problema de optimización que no considera el movimiento.>>>
es: En este artículo se obtiene el índice de fallas por impactos indirectos de una línea de distribución siguiendo el procedimiento descrito en el estándar IEEE 1410 de 2010, pero cambiando los parámetros de las distribuciones de la primera descarga de retorno (corriente pico y tiempo de frente) adoptados por CIGRÉ por los obtenidos de 38 mediciones de corrientes en la estación experimental del Morro do Cachimbo en Belo Horizonte – Brasil, que son representativas de la zona tropical. Se encuentra como resultado que la tasa de fallas calculada con los datos de zona tropical es mayor a los que se obtienen con las curvas del CIGRÉ. Dichos incrementos pueden ser en el caso más extremo de hasta 70%.>>>en: In this paper the indirect-lightning flashover rate of a distribution line is obtained following the procedure described in the IEEE Std. 1410 – 2010, but using other parameters of the first stroke distributions (peak current and front time) adopted by CIGRÉ. These parameters were taken from the measured currents of the Morro do Cachimbo Station in Belo Horizonte – Brazil, which are representative of the tropical zone. As a result, the calculated flashover rate with the data of tropical zone is higher than one obtained with the CIGRÉ curves. Such increments could be in the most extreme case of 70%.>>>
Edison Soto-Ríos
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Ernesto Pérez-González
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Diego del Río-Trujillo
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es: En esta investigación se realiza la modelación tridimensional del miembro residual de un amputado transfemoral que incluye la piel, el tejido graso, el músculo y el fémur residual. Se establecen las condiciones de carga para la fase de apoyo durante el ciclo de la marcha normal, la bipedestación y la marcha por escaleras de un amputado transfemoral de 88 kg y una estatura de 1.7 m. Se realizó un análisis de la incidencia de las condiciones de carga sobre los esfuerzos y deformaciones en el tejido muscular, para establecer su influencia sobre la generación de úlceras por presión internas en el miembro residual del amputado. Del análisis se obtuvo que el esfuerzo a compresión promedio más alto es cercano a 18.6 kPa y la deformación promedio más alta a compresión es de 56.8 %, esto sucede cuando se realiza marcha por escaleras o superficies inclinadas. La mayor concentración de esfuerzo y deformación se presenta en la zona distal del fémur residual en el tejido muscular.>>>en: In this research, three-dimensional modeling of the residual limb of a transfemoral amputee is performed, which includes skin, fat tissue, muscle and residual femur. The loading conditions are established for the support phase during the normal gait cycle, the standing and walking through stairs of a transfemoral amputee of 88 kg and a height of 1.7 m. An analysis of the incidence of load conditions on the stresses and deformations in muscle tissue was made to establish its influence on the development of deep tissue injuries (DTI) in the residual limb of the amputee. From the analysis it was obtained that the average compressive stress is close to 18.6 kPa and the highest average strain at compression is 56.8%, it happens when the individual is walking through stairs or slope. The maximum concentration of stress and strain occurs in the distal area of the residual femur in muscle tissue.>>>
Carlos Mejía-Blandón
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Liliana Bustamante-Goez
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Junes Villarraga-Ossa
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en: This article presents a comparative study using two global optimization algorithms, Electromagnetic Field Optimization (EFO) and Heat Transfer Search (HTS). These techniques are efficient alternatives when classical methods find limitations to solve real problems. To verify methods performance, the rectangular microchannel heat sink design was implemented formulating the respective Inverse Heat Transfer Problem (IHTP). Experimental results were competitively compared with the traditional Levenberg-Marquardt (LM) outcomes. Moreover, global algorithms achieved estimations with errors lower than 5%, and they converged at least three times faster than LM.>>>es: Este artículo presenta un estudio comparativo utilizando dos algoritmos de optimización global, el de Optimización por Campo Electromagnético (EFO) y el de Búsqueda por Transferencia de Calor (HTS). Estas técnicas alternativas son eficientes cuando los métodos clásicos encuentran limitaciones para resolver problemas reales. Para verificar el desempeño de los métodos, se implementó el diseño de un disipador de calor de microcanales rectangulares formulando el respectivo problema inverso de transferencia de calor (IHTP). Los resultados experimentales se compararon competitivamente con los resultados tradicionales de Levenberg-Marquardt (LM). Además, los algoritmos globales lograron estimaciones con errores inferiores al 5%, y convergieron al menos tres veces más rápido que LM.>>>
David Matajira-Rueda
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Jorge Cruz-Duarte
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Juan Aviña-Cervantes
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Carlos Correa-Cely
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es: En este artículo se presenta un controlador robusto basado en la teoría de realimentación cuantitativa, QFT de su sigla en inglés, para un convertidor DC-DC Buck-Boost en modo de conducción continua que regula el voltaje suministrado por un generador fotovoltaico PV-UD190HA6 de 190 Wp. La estrategia de control propuesta se diseña utilizando técnicas de diseño basado en modelo, utilizando el entorno de Simulink de Matlab® y la Toolbox Simscape para el modelamiento de sistemas físicos. El esquema de control QFT se ha modificado a partir de una estructura tipo Predictor de Smith para sistemas de fase no mínima, donde se muestra un comportamiento robusto del voltaje de salida del regulador ante cambios en la impedancia de carga, variación del punto de operación del convertidor como consecuencia de la variación de irradiación y temperatura del generador fotovoltaico, consiguiendo que el controlador propuesto cumpla con las especificaciones de desempeño establecidas y reduciendo el esfuerzo en la señal de control.>>>en: In this paper we present a robust controller based on the quantitative feedback theory (QFT) for a DC-DC converter Buck-Boost in continuous conduction mode that regulates the voltage supplied by a PV-UD190HA6 photovoltaic generator 190 Wp. The proposed control strategy is designed using model-based design techniques using the Simlink® environment of Matlab® and the Simscape Toolbox for modeling physical systems. The QFT control scheme has been modified from a Smith Predictor type structure for non-minimal phase systems, showing a robust behavior of the regulator output voltage before changes in the load impedance, variation of the operating point of the converter as a consequence of the variation of irradiation and temperature of the photovoltaic generator, getting the proposed controller to comply with the established performance specifications and reducing the effort in the control signal.>>>
Rafael Augusto Núñez-Rodriguez
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Omar Pinzón-Ardila
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es: Se presenta un análisis dinámico de inundaciones asumiendo un entorno crítico de escorrentía que incluye simulaciones hidráulicas en dos dimensiones para la quebrada La Virgen en el municipio de San José de Miranda. Para esto fue necesario la actualización de los parámetros morfométricos de la microcuenca y la digitalización de coberturas vegetales, así mismo, se realizaron procesos de interpolación espacial para la determinación de los regímenes de precipitación en un rango de procesamiento de 16 años, estos registros se utilizaron para la estimación de hietogramas con periodos de retorno de 2.33, 5, 25, 50 y 100 años que dieron lugar a los hidrogramas de crecidas y permitieron el desarrollo de las simulaciones . Como resultado se obtuvo un comportamiento similar en cada periodo de retorno ya que las consecuencias se manifiestan en casi las mismas unidades territoriales a lo largo del cauce, con profundidades máximas de hasta 6.71m.>>>en: The dynamic flood analysis includes hydraulic simulations from a critical overflow environment in two dimensional frame, for the La Virgen stream in the San José de Miranda Municipality. For this purpose was required the update of morphometric parameters of the hydrographic basin, and the digitalization of the vegetation coverage. Moreover, it was necessary to apply processes of spatial interpolation to determine the precipitation regimens in a processing range of sixteen years, these searches were used for the calculation of hyetographs with periodicity of 2. 33, 5, 25, 50, and 100 years which gave rise to the hydrographs of floods and allowed the development of the simulation. As a result, a similar behavior was obtained in each return period and the consequences are manifested in almost the same territorial units along the channel, with maximum depths of up to 6.71 m.>>>
Sird Frehiman Rodríguez-Corzo
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Universidad Autónoma del Estado de México
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Versión 3.0 | 2018
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