Revista UIS Ingenierías

Control por histéresis para un inversor buck-dual conectado a la red

mié, 28 oct 2020 08:03:44 -0500

Los inversores monofásicos son ampliamente usados en diferentes aplicaciones de energías renovables. Aunque típicamente se usa el inversor de puente completo, el inversor buck-dual provee una ventaja importante porque elimina el problema de posibles cortos-circuitos. Sin embargo, las soluciones reportadas en la literatura requieren inductores adicionales, usan controladores lineales diseñados para un punto de operación, o no se pueden usar en aplicaciones de conexión a la red. En este artículo se presenta un control por histéresis para un inversor monofásico buck-dual de puente completo con conexión a la red para inyección de corriente activa. En particular, se presenta el modelo matemático en variables de estado y se obtienen condiciones analíticas para garantizar la evolución de la dinámica de error dentro de un conjunto con límites establecido por el diseñador. Además, se discuten los elementos para diseñar la banda muerta requerida en la transición entre los semi-ciclos positivos y negativos de la tensión de la red. Finalmente, los resultados de simulación validan las principales características del controlador propuesto, así como el diseño de la banda muerta.

Efecto del uso de lodo residual de las plantas de tratamiento de agua como un sustituto parcial de arcilla en la producción de ladrillos refractarios

Alejandra Sarabia-Guarín, Jorge Sánchez-Molina, Juan Carlos Bermúdez-Carrillo — mié, 21 oct 2020 13:39:51 -0500

El lodo generado por el tratamiento de agua ha sido clasificado como un contaminante ambiental potencial. Debido a que su composición química es similar a la arcilla, se propuso evaluar el efecto de su incorporación como un sustituto parcial de los materiales arcillosos tradicionales en la elaboración de ladrillos refractarios de aluminosilicatos. Las materias primas utilizadas se caracterizaron por DRX y FRX; los prototipos diseñados se mezclaron, extruyeron, secaron y dispararon a 1200 ° C, evaluando su contracción lineal, densidad aparente, porosidad, absorción de agua y resistencia mecánica y piroscópica (punto de reblandecimiento por conos de fusión). Los resultados muestran que la adición de un 10% de lodos residuales del tratamiento de agua industrial contribuyó a elevar el punto de reblandecimiento de la arcilla obteniendo un ladrillo refractario capaz de soportar temperaturas de hasta 1430 °C.

Consideraciones de diseño de una turbina Michell-Banki

Fredys Romero, Laura Isabel Velasquez, Edwin Chica — mié, 21 oct 2020 13:56:10 -0500

Las turbinas Michell-Banki, también conocidas como turbinas de flujo cruzado, son maquinas hidráulicas utilizadas para la producción y generación de energía en proyectos hidroeléctricos a pequeña escala. Desde su creación, la turbina de Michell-Banki ha sido objeto de múltiples investigaciones enfocadas a mejorar la eficiencia a fin de obtener el máximo aprovechamiento del recurso hidraúlico disponible. En este trabajo se exponen las características principales de la turbina, sus componentes y su principio de funcionamiento. Posteriormente se hace una descripción de las investigaciones y aportes de mayor relevancia de cada estudio. Luego se hace un análisis del uso y aplicación de la turbina Michell-Banki y las oportunidades de aprovechamiento en el territorio colombiano con el objetivo de proveer el recurso energético a zonas que carecen del servicio y que cuentan con el recurso hídrico. Finalmente se describen las consideraciones más importantes a tener en cuenta para el diseño de este tipo de turbinas.

Gestión de la obsolescencia de activos digitales en el sector eléctrico

Andrea Peláez-Parra, Germán Dario Zapata-Madrigal, Rodolfo García-Sierra — jue, 22 oct 2020 10:57:17 -0500

Dadas las diferencias entre activos físicos y activos de TI (también llamados activos digitales), se propone una metodología para gestionar la obsolescencia de los activos digitales, que busca apoyar la toma de decisiones basado en el riesgo de obsolescencia. El objetivo es identificar la probabilidad y el impacto de la obsolescencia sobre cada activo para determinar las acciones que deben ejecutarse. Se implementaron algunos pasos de la metodología en cuatro activos digitales que se emplean en el sector eléctrico colombiano. La metodología puede ser usada y adaptada por cualquier empresa para gestionar los activos de TI, ya sea hardware o software.

Simulación numérica de la convección natural turbulenta en torno a esferas

Rubén Darío Arévalo-Ramírez — mar, 27 oct 2020 10:10:44 -0500

La mayor parte de las investigaciones que se han realizado sobre la convección natural han abordado su estudio en la región laminar y no se ha dirigido mucha atención a la convección natural turbulenta que suele presentarse cuando el número de Rayleigh supera un cierto valor crítico. Estudios recientes han mostrado que las correlaciones existentes para esta región suelen ser poco precisas. Por otra parte, el tratamiento numérico de este problema presenta dificultades relacionadas con el modelo de turbulencia usado, ya que se está en presencia de una capa límite laminar-turbulenta en un entorno laminar, por lo cual, el modelo laminar subestimará la transferencia de calor, mientras los modelos turbulentos la sobreestimarán. Modelos transicionales y otras opciones están disponibles, pero están diseñados para entornos turbulentos. El presente trabajo plantea la solución numérica mediante el programa computacional Ansys Fluent de la convección laminar turbulenta en torno a esferas sin modelo de turbulencia (modelo laminar) y usando un modelo de turbulencia k-ε para bajos números de Reynolds. El trabajo permitió caracterizar los números de Rayleigh a partir de los cuales empieza a ocurrir el cambio de capa límite laminar a turbulenta, así como la posición del desprendimiento de la capa límite. Los valores obtenidos para la transferencia de calor con el modelo laminar muestran muy buena concordancia con experimentos y correlaciones para bajos números de Rayleigh, pero pierde precisión a partir de cierto valor de Rayleigh, aspecto que pudo corregirse satisfactoriamente incorporando el modelo de turbulencia utilizado.

Diseño de una red backhaul autogestionable para conectividad rural en Sucre - Colombia

mié, 28 oct 2020 11:02:07 -0500

Este artículo aborda el diseño e implementación de una red de telecomunicaciones de retorno (backhaul) en la región de Sucre (Colombia) como una solución disruptiva para extender la conectividad desde la red central ubicada en el municipio de Chalán a las comunidades rurales de Chalán y Ovejas. La conectividad a Internet se entregará a través de una tecnología de telecomunicaciones inalámbrica autogestionable conocida como WiBACK, que admitirá la tecnología futura de comunicación 5G. Los resultados de la investigación diseñarán la hoja de ruta y la evaluación comparativa de los escenarios de expansión de la red de acceso colombiana de banda ancha en escenarios de postconflicto.

Comportamiento mecánico del tejido óseo cortical bajo condiciones de tensión y de compresión cíclica

Nino José Gómez, Mary Vergara-Paredes, José Alvarado-Contreras — mar, 03 nov 2020 09:43:00 -0500

Esta investigación tiene como objetivo estudiar experimentalmente la respuesta mecánica del tejido óseo cortical bajo condiciones de cargas cíclicas de tracción y de compresión. Para ello, se construyeron probetas a partir de fémures bovinos las cuales se sometieron a solicitaciones de ciclos bajos a post-fluencia a distintas velocidades de aplicación de la carga. Los resultados permiten afirmar que la rapidez de degradación del módulo elástico es inversamente proporcional a la velocidad de deformación en el caso de tensión y directamente proporcional a la velocidad en el caso de compresión. Las deformaciones plásticas inician a niveles superiores del 0,35% y del 1,09% de la deformación total en muestras cargadas a tensión y a compresión, respectivamente. Se obtuvieron importantes expresiones matemáticas que estiman con buena aproximación el módulo elástico instantáneo, la deformación total aplicada y la energía de deformación plástica total.

Modelamiento estocástico de la evolución de la trasmisión de virus altamente contagiosos en lugares concurridos

Valery Fedosov, Alina Fedossova, Oscar Buitrago-Suescún — mar, 03 nov 2020 10:42:38 -0500

Se propone un modelo matemático para la estimación estocástica del número de portadores de virus SARS-COv-2 en lugares donde hay alta concentración de población como centros comerciales u otros espacios cerrados. El objetivo de trabajo es obtener un modelo matemático de propagación de virus en espacios cerrados calculando el número de portadores nuevos dependiendo del cumplimiento o violación de las distancias seguras y de normas de protección, así como un algoritmo heurístico para su solución. Se recurrió al modelamiento matemático para abordar la situación de transmisión de virus y desarrollar un algoritmo heurístico para la solución del modelo matemático obtenido. La programación, los experimentos numéricos y los gráficos se realizaron en MATLAB. Los experimentos numéricos obtenidos para diferentes casos muestran la dependencia que existe entre la cantidad de nuevos portadores de virus con el no cumplimiento de las recomendaciones de distanciamiento social y de uso de elementos de protección personal. El modelo está abierto a complementos y mejoras y puede ser de interés para soportar la toma de decisiones que deben tomar las autoridades sanitarias y administrativas. El algoritmo resuelve el modelo matemático propuesto para rastrear la transmisión del virus cuando no se cumplen distancias seguras y de protección recomendadas. La aplicación del algoritmo permite proponer controles en situaciones complejas y poco predecibles de desarrollo epidémico en concentraciones de población, por lo que puede utilizarse para mejorar la calidad de las medidas médicas proactivas y demás decisiones relacionadas.

Emulsión asfáltica como alternativa de reducción de la presencia de eflorescencias en morteros de pega

Hernán Cañola, Fidel Granda-Ramírez, Joan Arroyave-Rojas — mar, 03 nov 2020 15:37:13 -0500

Los morteros de pega tienen como función integrar mampuestos en sistemas de mampostería, sin embargo, estos elementos constantemente son afectados por lesiones derivadas de la humedad como lo son las eflorescencias que ocasionan perdida de propiedades físicas como el color, la densidad y la masa debido a la afloración superfial de sales, acumulación interna de las mismas y desprendimientos superficiales; por lo anterior en esta investigación se estudió el uso de emulsión asfáltica como reductor de esta afectación. De acuerdo con los análisis realizados, se determinó que con adiciones de 10% y 20% de emulsión asfaltica se adquiere cierto grado de repelencia al agua y con adiciones de 30% y 40% se alcanzó hidrofobicidad completa. Además, se determinó que la emulsión asfáltica reduce la afloración de eflorescencias en un 27% con 10% de emulsión, del 47% con 20% y de 100% para muestras con 30% y 40% respectivamente. Aunque el uso de los aditivos bituminosos trae ciertas ventajas frente a las propiedades físicas de los morteros, inversamente reduce propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión.

Estimación de variables de estado (LA y LC) en sistemas de control

Fernando Mesa, Rogelio Ospina-Ospina, German Correa-Velez — mar, 03 nov 2020 15:50:29 -0500

En este artículo inicialmente se presentó la formulación para la estimación de variables de estado en lazo cerrado y lazo abierto en un sistema de control; a continuación, se mostraron y explicaron cuáles son las ventajas y desventajas que podrían presentarse al implementar alguno de los dos modelos. Finalmente, como aplicación, se estudió el caso de un sistema hidráulico con el cual se concluye sobre la importancia de realizar estimación sobre las variables de estado de un sistema que se desea controlar.

Uso del biocarbón como material alternativo para el tratamiento de aguas residuales contaminadas

Deiby Présiga-López, Ainhoa Rubio-Clemente, Juan F. Pérez — jue, 05 nov 2020 08:49:54 -0500

El biocarbón es el producto procedente de la descomposición de biomasa, cuyas características fisicoquímicas están asociadas al origen de ésta y al método de combustión utilizado. Entre estas propiedades, destacan el área superficial, la formación de macro y microporos, y la presencia de grupos funcionales. Debido a estas características, el biocarbón se convierte en un material alternativo con alta capacidad de adsorción de compuestos tóxicos presentes en las aguas residuales contaminadas. Este trabajo brinda información sobre los mecanismos de generación del biocarbón y cómo éstos interfieren en sus características fisicoquímicas. Asimismo, se describen los parámetros que intervienen en los procesos de remoción de contaminantes y se mencionan los tratamientos bajo los cuales el biocarbón se puede ver sometido para mejorar su capacidad de adsorción. Finalmente, se indican los posibles usos o la adecuada disposición final que debe tener el biocarbón en aras de contribuir a la estrategia de economía circular.

Predicción del equilibrio vapor-líquido de la mezcla acetato de etilo-etanol usando la ecuación de estado de Peng Robinson

Germán Gonzalez-Silva, Jesús Botett-Cervantes, Natalia Prieto-Jiménez — jue, 05 nov 2020 09:25:38 -0500

El presente artículo tiene como propósito mostrar la predicción del equilibrio vapor-líquido de una mezcla no ideal mediante modelos termodinámicos como lo es la ecuación de Peng-Robinson para el cálculo de los coeficientes de fugacidades de los componentes en estado gaseoso, y el modelo de Van Laar para hallar los coeficientes de actividad de los componentes en estado líquido. Los resultados se validan mediante el uso del simulador comercial Aspen Plus y la herramienta online “VLE-Calc”, obteniendo resultados similares con los valores experimentales de la mezcla binaria.

Metodología geometalúrgica para mejorar el proceso de extracción de oro en pequeña escala de la mina Gualconda en Nariño – Colombia

mar, 10 nov 2020 11:57:27 -0500

En los procesos de beneficio del oro, el grado de reducción del tamaño de partícula está fuertemente influenciado por el tamaño y la forma de las especies minerales asociadas con los metales de importancia económica. La capacidad, el consumo de energía y los costos del procesamiento del mineral aurífero dependen principalmente de los parámetros operativos de los equipos de conminución y concentración gravimétrica; por lo tanto, es esencial caracterizar el grado de liberación de los minerales de interés en función del tamaño de partícula. Las plantas de beneficio mineral en pequeña escala generalmente no consideran la liberación de las partículas de sulfuros como un requisito para definir la relación de reducción del tamaño de molienda, esto se determina empíricamente, evaluando en qué tamaño se obtiene un mayor porcentaje de recuperación de oro. La metodología propuesta en el presente artículo constituye una técnica analítica de bajo costo, utilizando el software libre IMAGE-J, para determinar el tamaño de liberación apropiado para las partículas de sulfuros y las partículas de oro asociadas, así como la distribución de tamaño de las partículas oro. Adicionalmente, fue utilizado el software Molycop-Tools para simular la mejor estrategia de molienda basada en los resultados de liberación obtenidos. A través de la metodología del análisis automático de imágenes para determinar el grado de liberación de sulfuros, la caracterización mineralógica y la recomendación de una estrategia de procesamiento metalúrgico para el mineral aurífero basado en simulaciones en estado estacionario, fue posible establecer los parámetros apropiados de la bola molienda y concentración gravimétrica de la mina Gualconda en el departamento de Nariño, para mejorar la recuperación de oro y aumentar la capacidad de la planta.

Released power in a vortex-antivortex pairs annihilation process

Cristian Aguirre-Tellez, Miryam Rincón-Joya, José José Barba-Ortega — mar, 10 nov 2020 12:18:54 -0500

En este trabajo, estudiamos el proceso de disipación de calor de un par vórtice-antivortice de Shubnikov en un cuadrado superconductor mesoscópico con un defecto cuadrado concéntrico en presencia de un campo magnético externo oscilatorio. Las ecuaciones dependientes del tiempo de Ginzburg-Landau y la ecuación de difusión se resolvieron numéricamente. El resultado principal es que la disipación térmica está asociada con una relajación considerable de los electrones superconductores de modo que la potencia liberada en este tipo de proceso podría calcularse en función del tiempo. Además, analizamos el efecto que tienen los parámetros de Ginzburg-Landau κ y deformación τ dentro del defecto, sobre la magnetización, potencia disipada y densidad de superelectrónes.

Redes de coautoría en investigación sobre agronomía en sistemas de innovación agrícola

Efrén Romero-Riaño, Cesar Darío Guerrero-Santander, Hugo Ernesto Martínez-Ardila — mar, 10 nov 2020 12:31:59 -0500

Cada vez más, los Sistemas de Innovación Agrícola, SIA, han sido reconocidos como vías fundamentales para el impacto de la ciencia agrícola. Este nuevo pensamiento se centra en la innovación, no como el resultado final de la transferencia de conocimientos, sino como un proceso continuo de colaboración social, técnica y científica en los sistemas regionales y de nivel superior que repercute en la productividad y el rendimiento de la innovación. En el presente documento se examinan los documentos de agronomía de Colombia como una rama de todo el sistema de innovación agrícola. Analizaremos la colaboración entre autores, instituciones y países desde la perspectiva del análisis de las redes sociales para introducir las principales características de los vínculos (estructura de la disciplina) y los nodos (actores). Se implementa una metodología mixta basada en la visualización de redes de co-autoría con Vos viewer y el análisis de redes sociales basado en el software UCINET. Si bien los autores e instituciones exógenas son los más conectados en términos de interacción, tienen una menor influencia que los autores endógenos.

Preguntas orientadoras para la síntesis de catalizadores y su uso en reacciones de oxidación catalítica selectiva

William Giovanni Cortés-Ortiz, Carlos Guerrero-Fajardo — mar, 10 nov 2020 13:24:29 -0500

En el presente documento se presenta una breve historia de la catálisis, así como de los procesos de oxidación selectiva de hidrocarburos. Por otra parte, se mencionan los conceptos básicos involucrados en la catálisis heterogénea haciendo énfasis en el papel de los materiales catalíticos en procesos químicos de oxidación y planteando una serie de preguntas orientadoras que se deben seguir al momento de abordar un proceso catalizado por materiales sólidos. De la misma manera, se muestra los métodos de síntesis de catalizadores denominados en la literatura como sol-gel e impregnación, identificando la influencia de cada etapa de preparación con las propiedades físicas y químicas de los materiales. Finalmente, se presenta un caso de estudio aplicado a la oxidación catalítica selectiva de metano y metanol empleando materiales catalíticos de hierro, molibdeno y vanadio sintetizados por el método sol-gel.

Aplicación de la ingeniería concurrente orientada a la fabricación de una herramienta para la extracción tuerca-corona en una excavadora

mié, 18 nov 2020 15:49:10 -0500

El artículo presenta la aplicación de la Ingeniería Concurrente integrando el diseño para la calidad (QFD) y el diseño para la manufactura y ensamble (DFMA), en la fabricación de una herramienta mecánica para el desmonte de una turca-corona de una excavadora sobre orugas. El estudio se desarrolló debido a la necesidad que tuvo el Departamento de Mantenimiento de una empresa de extracción de carbón, en desarmar una transmisión de propulsión de la excavadora hidráulica RH340B para reparar alguna de sus partes en mal estado. El análisis se basó en que el diseño de esta herramienta cumpliera con las especificaciones del torque necesario para el desarme del sistema. Se concluye que a través de los métodos aplicados da como resultado un diseño de 26 piezas, con valores aceptables en la eficiencia del ensamble y en el factor de complejidad. Además, la herramienta fabricada fue de gran ayuda para desarmar el mando final, pues su fabricación local consiguió que se ahorrara casi un 75% de los costos de inversión que exigía la adquisición de una herramienta original de TEREX|O&K.

Predictores de innovación en programas de ingeniería y postgrado utilizando estrategias basadas en plataformas digitales

mié, 18 nov 2020 17:31:13 -0500

La investigación tuvo como objetivo determinar los elementos que se constituyen en predictores de innovación en programas de ingeniería y postgrado, cuando se hace uso de estrategias de formación basadas en plataformas digitales. Estos medios fueron la plataforma de apoyo docente PLAD de la Universidad Francisco de Paula Santander en Colombia, y el chat de WhatsApp. Se trabajó con una muestra de 550 estudiantes de instituciones educativas de la ciudad de Cúcuta y Arauca en Colombia, y Táchira y Maracaibo en Venezuela, pertenecientes a Facultades de Ingenierías y Ciencias Básicas. Se trató de un estudio bajo el paradigma cuantitativo, diseño de campo y nivel correlacional, el cual derivó en un modelo matemático de predicción con la respectiva valoración de la significancia de las variables consideradas predictoras de innovación a través de la medida de varianza con el Alpha de Cronbach. Se concluye que el desarrollo de competencias en innovación a través de las plataformas digitales seleccionadas está determinado en el modelo por variables con alta fiabilidad, siendo éstas el desarrollo del pensamiento lógico, la competencia metodológica y de investigación, y la formación técnica previa del estudiante, arrojando un coeficiente de determinación R² de 0.95 en pregrado, y de 0.875 en postgrado, a un nivel de significación del 5%.

Influencia de los sistemas de puesta a tierra descritos en el estándar IEEE 1243 en la tasa de fallas por rayos de líneas de transmisión

jue, 19 nov 2020 10:15:44 -0500

Este trabajo trata sobre los dos diferentes modelos resistivos de puesta a tierra usados en líneas de transmisión presentados en el estándar IEEE 1243-1997: tierra suplementaria con varillas y con contrapesos. Se analizó el efecto de variar los parámetros internos de cada modelo que afectan el valor resistivo de puesta a tierra en la reducción o aumento de la tasa de fallas por flameo inverso por impactos de rayos sobre la torre o el cable de guarda sobre terrenos con diferentes conductividades. El software ATPDraw se usó para obtener las corrientes críticas, para luego con estas obtener la tasa de fallas de la línea. Se simuló el efecto del número, la longitud, radio y enterramiento de los electrodos en las tasas de fallas por flameo inverso de una línea de transmisión para diferentes valores de conductividad del terreno. Se obtuvieron porcentajes de reducción de la tasa de fallas que van en general desde el 50 hasta el 95%.

Tribocorrosión: historia, propiedades, aplicaciones y modelamiento

Darío Yesid Peña-Ballesteros — jue, 19 nov 2020 00:00:00 -0500

La tribocorrosión es el área de conocimiento encarga de estudiar la unión de los fenómenos tribológicos y la corrosión. En esta nota editorial se presenta, a groso modo, aspectos a destacar de la tribocorrosión, se señala la relevancia practica de este campo de investigación para la ciencia de materiales y la ingeniería mecánica. Se relaciona la historia de tribocorrosión, diversas variables a considerar, algunos campos de aplicación identificados y se discute sobre los múltiples desafíos que se presentan en el modelamiento de los sistemas de tribocorrosión.