Revista UIS Ingenierías

Diseño de un Control de Corriente LMI para un Convertidor Modular Buck-Boost

Harrynson Ramírez-Murillo — 2023-09-22

Este trabajo tiene como objetivo diseñar un control de corriente por realimentación de estados, basado en desigualdades matriciales lineales (LMI) aplicado en un convertidor modular DC-DC Buck-Boost de inductores acoplados, el cual ha sido ampliamente utilizado en sistemas de generación distribuida con fuentes de energías renovables. Este método considera restricciones en la ubicación de polos definidas en el plano complejo denominadas d-stability. El sistema de control en lazo cerrado se implementa en Simulink de Matlab^® y se valida ante diferentes escenarios de prueba, donde se obtienen mejores prestaciones dinámicas, se amplía su rango de operación, con tiempos de establecimiento menores y una mejor respuesta temporal, en contraste con la técnica de control PI clásica.

Análisis estructural de una aleta ranurada rediseñada con material compuesto

Sergio Andrés Ardila-Parra — 2023-09-22

Esta investigación se centra en evaluar la viabilidad en términos de resistencia mecánica de utilizar materiales compuestos en el diseño de solapas ranuradas como reemplazo de materiales isotrópicos. Las capacidades computacionales y herramientas de software modernas permiten el análisis tanto de materiales anisotrópicos como isotrópicos. Sin embargo, es imperativo considerar varios factores para asegurarse de que el modelo computacional refleje con precisión situaciones del mundo real. En el contexto de materiales compuestos, esto requiere la integración completa de propiedades anisotrópicas como el módulo de Young en diferentes orientaciones, coeficientes de Poisson, orientación de fibras y apilamiento de capas. Además, es vital delinear con precisión cada condición de contorno y explorar diversas condiciones de simulación para evitar sesgos. Para validar los modelos desarrollados, se comparan rigurosamente con pruebas de laboratorio, estableciendo una base sólida para los resultados obtenidos.

Resistencia a compresión de especímenes cilíndricos de concreto reforzados con mallas de metal expandido

Orlando Giraldo-Bolívar — 2023-10-09

Este trabajo presenta un estudio experimental sobre la resistencia a la compresión de cilindros de concreto reforzados con mallas de metal expandido. La investigación tiene como objetivo comparar la resistencia a la compresión de especímenes de concreto reforzados con mallas metálicas expandidas con diferentes orientaciones. Se realizaron una serie de pruebas de compresión para obtener el rendimiento estructural en muestras encamisadas, y luego compararlas con los cilindros de concreto no reforzado. Los tubos metálicos expandidos se fabricaron utilizando geometrías circulares con dos orientaciones de celda. Los resultados mostraron que la orientación de la malla mejora la resistencia a compresión de los especímenes.

Aplicación del algoritmo de enjambre de salpas al balance de fases en sistemas trifásicos asimétricos

Antonny Santiago Vargas-Beltrán — 2023-10-31

Esta investigación aborda el problema del equilibrio de fase óptimo a través de la aplicación de una metodología de optimización maestro-esclavo. La etapa maestra define las conexiones de carga por nodo utilizando una codificación discreta, mientras que la etapa esclava evalúa cada configuración de carga proporcionada por la etapa maestra mediante un flujo de potencia trifásico. Para la etapa maestra, se seleccionó el algoritmo de enjambre de salpas (SSA), una técnica bioinspirada eficiente para lidiar con problemas de optimización no lineal continuos y discretos. La etapa esclava empleó el método matricial de flujo de potencia hacia atrás y hacia adelante para redes trifásicas asimétricas. Las simulaciones numéricas llevadas a cabo en alimentadores de prueba IEEE compuestos por 8, 25 y 37 nodos confirman la eficacia del enfoque SSA para encontrar soluciones eficientes con respecto a las pérdidas de energía esperadas en la red después del cambio de fase de carga óptima. Las comparaciones numéricas realizadas con el algoritmo de búsqueda de vórtices, el algoritmo genético Chu & Beasley y el algoritmo de búsqueda de cuervos demuestran la eficacia de la metodología propuesta para abordar el problema de estudio. Todas las validaciones numéricas se realizaron en el entorno de programación MATLAB.

Aplicación de ultrasonido para el control de cianobacterias y la degradación de cianotoxinas

Jinna Marcela Loaiza-González — 2023-11-06

Las floraciones cianobacterianas en cuerpos de agua son un problema de gran interés entre la comunidad científica, debido a la producción de metabolitos tóxicos, denominados cianotoxinas. Las cianobacterias están formadas por un amplio número de géneros y especies, con diversos mecanismos de intoxicación; por lo que constituyen un grave problema ambiental con serias repercusiones en la salud de los seres vivos y del hombre. Adicionalmente, la alta producción de cianotoxinas asociada a la presencia de cianobacterias ha crecido enormemente en frecuencia y extensión en todo el mundo, lo cual aumenta la preocupación por parte de las autoridades y los prestadores de servicios públicos. Por otro lado, es importante señalar que los procesos convencionales con los que operan las instalaciones de tratamiento de agua son ineficientes para su eliminación y/o degradación dado que las cianotoxinas son solubles en agua y persistentes. En este sentido, se hace necesaria la aplicación de tecnologías alternativas a los sistemas de tratamiento tradicionales de potabilización con el fin de obtener un agua de calidad apta para el consumo humano. En el presente trabajo, se describe el uso de ultrasonido en el tratamiento de aguas contaminadas con cianobacterias y cianotoxinas, haciendo especial hincapié en la influencia de la variación de parámetros significativos que intervienen en la eficiencia de eliminación e inactivación de las cianobacterias, y la degradación de sus toxinas a través del proceso de sonicación. Con ello, se pretender posicionar el ultrasonido de baja frecuencia como tecnología de oxidación avanzada que permita controlar la proliferación de las cianobacterias y sus toxinas, y evitar la reducción de la calidad de los cuerpos de agua que abastecen las plantas de producción de agua potable.

Evaluación del riesgo y del nivel de corrosión debido a inducciones en tuberías subterráneas cercanas a redes eléctricas AC

Johnatan M. Rodríguez-Serna — 2023-11-06

Un mejor aprovechamiento del espacio se logra cuando diferentes redes y sistemas, tales como líneas de transmisión AC, sistemas de transporte y tuberías comparten una misma servidumbre de paso. Sin embargo, el acoplamiento electromagnético entre los sistemas puede causar la aparición de condiciones peligrosas para las personas, debido a la exposición a elevadas tensiones de toque, así como para las tuberías, a causa de la activación del fenómeno de corrosión AC. Dichas condiciones peligrosas requieren que durante el diseño se evalúen los posibles riesgos y se determinen las correspondientes acciones de mitigación. En este artículo se presenta una metodología simplificada para el análisis de riesgo usando un enfoque práctico y expresiones analíticas que puede ser implementada de manera sencilla a partir de información conocida durante el diseño. Así mismo, se incluyen resultados para un caso de estudio que permiten validar la metodología propuesta y demostrar la importancia de este tipo de análisis.

Agregador de potencia en redes de distribución activas usando IoT

Santiago Alberto Ramírez - Marín — 2023-11-01

Este documento presenta una arquitectura de Internet de las cosas (IoT por sus siglas en inglés) para la agregación de recursos energéticos en redes de distribución activas. Se evalúan y comparan dos tipos de algoritmos, a saber, control centralizado y descentralizado. El primero se basa en una estimación en tiempo real de la demanda y su posterior optimización. El segundo, se basa en el método de multiplicadores de dirección alterna (ADMM). Ambos algoritmos fueron evaluados en una plataforma IoT conformada por agentes implementados en una serie de pequeñas computadoras monoplaca basadas en la tecnología Raspberry Pi, conectadas a una computadora centralizada que emula la red. Esta plataforma permite evaluar de forma realista los algoritmos considerando el efecto de las comunicaciones. La red principal considera las pérdidas de energía y la dinámica de los recursos renovables basados en inversores mediante una simulación cuasi-dinámica. Este tipo de simulación puede considerarse tiempo real para esta aplicación.

Nuevos negocios en el mercado energético colombiano: arbitraje de energía con sistemas de almacenamiento

José David Beltrán-Gallego — 2023-11-09

Actualmente la transición energética es un fenómeno que está cambiando todo el paradigma sobre el que reposa el mercado energético colombiano, gracias a esto, han surgido nuevos actores que son necesarios para alcanzar la descarbonización y la organización de un nuevo mercado energético sostenible, lo cual a su vez requiere de un componente regulatorio que facilite la entrada de nuevos jugadores y permita la creación de modelos de negocio que resulten atractivos para los inversionistas. En este sentido, la transición energética habilita la masificación de los recursos energéticos distribuidos promoviendo la creación de nuevos mercados y oportunidades de negocio. Este trabajo se enfoca en realizar un recorrido por la regulación colombiana, revisando especialmente las nuevas oportunidades de negocio que se generan a partir de la incorporación de los sistemas de almacenamiento de energía como recursos energéticos distribuidos, para finalmente analizar al arbitraje de energía a través de esta tecnología, para esto se plantearon cinco escenarios los cuales fueron evaluados económicamente a través del VPN y la TIR, encontrando de acuerdo con los resultados de los indicadores que no es un modelo por sí solo sostenible considerando la compra y venta de energía en la bolsa de energía y que requiere de un complemento, como lo puede ser el autoconsumo o incentivos regulatorios.

Modelizado de carga basado en datos para redes de distribución activa

Daladier Osorio-Vásquez — 2023-11-15

Los sistemas eléctricos están experimentando un rápido desarrollo, impulsado principalmente por las políticas de reducción de carbono en el sector energético y los avances tecnológicos que introducen nuevos elementos y procesos. En este contexto en constante evolución, la transición hacia redes de distribución activas (ADNs) representa un significativo avance tecnológico y tener modelos precisos para cada dispositivo presente en las ADNs es crucial para una representación adecuada de su dinámica. Sin embargo, el modelado de la carga presenta desafíos debido a la gran diversidad de componentes de carga, las composiciones que varían en el tiempo y la dependencia de varios factores. A pesar de estos desafíos, comprender el comportamiento de la carga es fundamental para la planificación y operación eficiente de las ADNs; por lo tanto, disponer de modelos de carga precisos es indispensable para realizar estudios preventivos y forenses. En este artículo, se presenta un análisis de diversos artículos provenientes de las bases de datos científicas más relevantes, centrándose específicamente en el desafío del modelado de carga basado en mediciones en las ADNs. La principal contribución de este documento radica en mejorar la representación y comprensión de las cargas en ADNs, a través del análisis de enfoques actuales, desafíos y estrategias de modelizado basado en mediciones. Además, busca servir como referencia para investigaciones futuras en el campo del modelado de carga.

Capacidad de alojamiento y dimensionamiento óptimo: caso de estudio colombiano

Diego Andrés González-Sotto — 2023-11-10

La transición energética ha facilitado la integración de recursos de generación renovable en las redes de distribución a nivel mundial. Sin embargo, esta transición ha presentado nuevos desafíos operativos para estas redes. Uno de estos desafíos implica determinar el tamaño óptimo de estos recursos y la capacidad de alojamiento de las redes de distribución, con el objetivo de maximizar su potencial para mejorar los parámetros técnicos del sistema. Para abordar este tema, este artículo propone estrategias para optimizar la capacidad de generación y la selección de nodos en redes de distribución colombianas, priorizando los nodos de menor voltaje para mejorar continuidad del suministro. Se desarrollan metodologías específicas debido a la naturaleza pasiva y radial de estas redes.

Seguimiento y agarre de objetos en movimiento empleando manipuladores aéreos robóticos: un breve resumen

Yeyson Alejandro Becerra-Mora — 2023-11-28

Los vehículos aéreos autónomos (UAV) han evolucionado en los últimos años, haciéndose más útiles a la sociedad, aunque hace unos años los drones habían sido contemplados para ser teleoperados por humanos y para tomar imágenes panorámicas aéreas, lo cual sigue siendo útil; sin embargo, en la actualidad se encuentran drones capaces de desarrollar tareas autónomas como el seguimiento y agarre de objetos en movimiento. Algunas tareas como el transporte de cargas pesadas o la manipulación de formas irregulares son más desafiantes para un solo UAV, pero para una flota de estos podría llegar a ser más simple. Este breve resumen presenta una compilación de trabajos relevantes relacionados al seguimiento y agarre con manipuladores robóticos aéreos, así como cooperación entre ellos. Además, desafíos y limitaciones son presentados para contribuir con nuevas áreas de investigación. Por último, se resalta características relevantes en la manipulación aérea, y se pronostica algunas tendencias para esta tecnología.

Propuesta metodológica: primeros pasos para la implementación de programas de gestión de la demanda en Colombia

Edgar Daniel Álvarez-Tarapuéz — 2023-11-29

La electrificación de áreas aisladas o rurales conlleva desafíos técnicos, económicos y sociales que diferencian la operación de estas redes en comparación con la operación tradicional de los grandes sistemas eléctricos de energía, como la dependencia del transporte aéreo o fluvial de combustible para el suministro de las plantas generadoras, la falta de medición individual y la infraestructura obsoleta de las redes de distribución. Por lo tanto, este artículo propone una metodología híbrida para el estudio de un caso colombiano analizando el desarrollo de programas para el uso racional de la electricidad y la eficiencia energética en áreas aisladas. Estos primeros pasos están relacionados con el diagnóstico de las condiciones actuales de la red eléctrica, la identificación de los actores que pueden influir en la regulación del servicio eléctrico en el área y la propuesta de mecanismos que permitan promover el uso racional y eficiente de la electricidad.

Un algoritmo local cuasi-Newton suavizado para resolver el problema de complementariedad no lineal

Camila Quirá Mosquera — 2023-11-30

Debido a la importancia y efectividad del método con jacobiano suavizado o cuasi-Newton suavizado para resolver indirectamente el problema de complementariedad no lineal, y que la función de complementariedad Mínimo no ha sido usada en conexión con dichos métodos, en el presente trabajo se propone un algoritmo de ese tipo, con dicha función y una suavización de la misma. Se demuestra que bajo ciertas hipótesis el algoritmo propuesto converge local y q-cuadráticamente. Además, se presentan pruebas numéricas que muestran un buen desempeño del algoritmo.

Tendencias de investigación en los estudios de colaboración científica sobre el COVID-19

Constanza Beatriz Pérez-Martelo — 2023-12-01

Este artículo tiene como propósito identificar las tendencias de investigación en los estudios de colaboración científica sobre el COVID-19, y la presencia que han tenido en esas contribuciones distintos países, enfoques, áreas de conocimiento y tópicos. Se utilizan métodos bibliométricos, de análisis de redes sociales y de contenido con un corpus de 63 documentos indexados en Scopus, publicados entre enero del 2020 y junio del 2021. Se encuentra que los países con un mayor número de publicaciones son el Reino Unido y Estados Unidos, seguidos de China y Canadá. En cuanto a las revistas, resaltan las del área de medicina. Se evidencia que las Ciencias Sociales están poco representadas en los contextos de colaboración analizados, y predomina la bibliometría como enfoque metodológico. Los estudios sobre prácticas de colaboración tienen menor presencia, y se concentran principalmente en análisis de experiencias y retos de cooperación desde las áreas de la salud para enfrentar la pandemia.

Resistencia a la corrosión de un acero inoxidable martensítico nitrogenado con alto contenido de carbono diseñado y producido a bajas presiones de nitrógeno

Pablo Miguel Coha Vesga — 2023-12-01

Fue diseñado mediante el método CALPHAD un nuevo acero inoxidable martensítico con alto contenido de nitrógeno y carbono a bajas presiones. La composición química del acero se verificó mediante espectrometría de emisión óptica, obteniendo 0,17% en peso de N y 1,33% en peso de C. Se realizaron análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM) para la caracterización microestructural. Las propiedades del acero se evaluaron mediante pruebas de dureza Rockwell y polarización potenciodinámica en solución de NaCl al 0,6 M. El acero mostró valores máximos de dureza de 60 HRC, considerándose un material duro. Sin embargo, dado el alto contenido de carbono que promovió el exceso de carburos ricos en Cr, se evitó la formación de película pasiva.