Revista UIS Ingenierías

Banco de pruebas didáctico para aprendizaje y medición del rendimiento de paneles solares fotovoltaicos

sáb, 02 ene 2021 00:00:00 -0500

Con la construcción de este banco de pruebas se logra realizar la caracterización de sistemas solares fotovoltaicos autónomos y además medir el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos. Este banco de ensayos le permite a los estudiantes y usuarios conocer los componentes de un sistema fotovoltaico aislado para vivienda y validar el funcionamiento de cada uno de estos; componente de protección, las conexiones, el componente de transformación DC-AC, entre otros. El banco fue diseñado para realizar diferentes prácticas de laboratorio, tales como: identificar y evaluar la curva de operación de los paneles según la radiación recibida, medir voltaje y corriente de salida del sistema según sus conexiones en serie y paralelo, realizar conexiones para corriente directa o corriente alterna, entre otras. La práctica más compleja y relevante es la medición del rendimiento de los paneles solares, ya que se deben incluir unas resistencias a diferente capacidad medida para ir creando la curva de corriente vs voltaje (I vs V); se diseñó un circuito electrónico donde el panel es conectado a una carga resistiva variable y se registra el valor de corriente y voltaje. Para la medición de voltaje el multímetro se conecta en paralelo en el circuito y para la medición de amperaje se conecta en serie. Algunos de los resultados más importantes de las prácticas fueron; el poder identificar la variación significativa de la eficiencia de los paneles solares a medida que cambia la posición del sol, Identificar cómo la temperatura afecta el rendimiento del panel y determinar las condiciones excepcionales en las que un panel genera la energía especificada por el fabricante.

Modelo de priorización para gestionar inversión en innovaciones tecnológicas por parte del ejército colombiano

sáb, 02 ene 2021 00:00:00 -0500

Para el Ejército Nacional de Colombia la gestión de sus recursos en materia de tecnología es un tema de vital importancia, pues contribuye al buen desarrollo de la fuerza militar. El objetivo de este estudio es proponer un método matemático que permita a la institución la selección, de manera jerárquica y objetiva, de propuestas de innovaciones tecnológicas, esta priorización es presentada al Ministerio de defensa para el estudio de la inversión en función del presupuesto nacional. El modelo propuesto toma como base dos heurísticas utilizadas en evaluación de tecnología, dichos métodos son: la comparación por pares y el análisis de la Matriz de Eisenhower, el modelo consiste en organizar las propuestas de inversión de innovaciones tecnológicas de mayor a menor de acuerdo a diversos criterios de ponderación, considerando en última instancia su costo; esta priorización se logra a través de parámetros de decisión detallados en la metodología propuesta que tiene como ventajas: estandarizar el proceso y la eliminar posibles sesgos.

Evaluación energética de un deshidratador solar tipo túnel para frutas

Santiago Marulanda-Meza, Juan Carlos Burbano-Jaramillo — sáb, 02 ene 2021 00:00:00 -0500

El proceso de deshidratación permite manejar los productos agrícolas en temporadas posteriores a la cosecha, permitiendo conservarlos sin causar cambios significativos en las propiedades del producto. Este estudio se enfoca en realizar la evaluación energética a un deshidratador solar de frutas tipo túnel por convección natural ubicado en la región la vereda las Mangas, municipio Santa Rosa de Cabal, Departamento de Risaralda, para los procesos de secado de banano y tomates chonto como alimentos que registran altos índices de cultivo y producción en la zona. En tal virtud, identificadas en primera instancia las características constructivas del equipo, se prosiguió a efectuar la evaluación operativa que consistió en estudiar el dispositivo aplicando conceptos de transferencia de calor al colector, como también balance de masa y energía al proceso de secado. De este modo, dicho análisis permitió cuantificar el rendimiento térmico cercano al 30%, el desempeño durante el proceso de deshidratado con promedios de 11,2 %, 14,6 % y 18,3 % para los casos analizados: sin carga, con banano y con tomate respectivamente y la eficiencia global del sistema, con promedios de 30,5 %, 33,2 % y 41,2 % para los mismos casos respectivamente. Algunas recomendaciones para mejorar el diseño del deshidratador y así su desempeño se sugieren en este trabajo.

Formulación de un controlador H ∞ con incertidumbre no estructurada para un convertidor DC - DC elevador (boost)

Diana Marcela Devia-Narvaez, Rogelio Ospina-Ospina, Diego Devia-Narvaez — sáb, 02 ene 2021 00:00:00 -0500

En este trabajo se presenta la formulación de un convertidor DC-DC tipo elevador (boost), a partir de un modelo de espacio de estados y el cálculo de un controlador con incertidumbre no estructurada multiplicativa. Se analizó el rendimiento del convertidor a bajas frecuencias, ajustando el peso de la función de ponderación, con el fin de reducir el ruido a determinadas frecuencias. Los resultados de la simulación del sistema, en lazo abierto y lazo cerrado, muestran que el controlador diseñado permite modificar la frecuencia de corte, a través de la variación de las funciones de ponderación y de esta manera, mejorar los comportamientos dinámicos del sistema.

Uso de las escorias de horno de arco eléctrico (EHAE) en la construcción – estado del arte

sáb, 02 ene 2021 00:00:00 -0500

El aumento de la población mundial ha tenido como consecuencia el crecimiento de la industria de la construcción. Lo anterior, implica la explotación de recursos naturales no renovables y por ende un mayor impacto ambiental por la contaminación del suelo, el agua y el aire. Así, el desarrollo sostenible se ha convertido en una prioridad en la industria, por ejemplo, por medio de la incorporación de residuos en la cadena productiva. El acero puede producirse por dos métodos: el alto horno (se funden minerales de hierro) y el horno de arco eléctrico (se funde chatarra metálica reciclada). En este último, el proceso más utilizado en Colombia, se forma la escoria horno de arco eléctrico (EHAE). Este residuo representa una oportunidad de aprovechamiento en la construcción. Varias investigaciones han estudiado el uso de este material como agregado y como materia prima del cemento. Así mismo, su utilización como sustituto de material granular en la construcción de terraplenes, bases, subbases y capas de rodadura, siendo en el área de pavimentos donde mayor aplicación puede darse a la escoria. Este trabajo tiene como objetivo realizar una revisión actualizada del estado del arte sobre el uso de la EHAE en la construcción, para promover la implementación correcta y segura de este residuo y aportar a la sostenibilidad de la industria siderúrgica.

Comparativa entre la técnica de umbralización binaria y el método de Otsu para la detección de personas

sáb, 02 ene 2021 00:00:00 -0500

En procesos de detección por imágenes en las que existe variación de luminosidad entre pixeles, se requieren técnicas que permitan obtener valores óptimos y adaptables de umbral ante dichas variaciones. Por ello, se realiza una comparativa entre la técnica de umbralización binaria y el método adaptativo de Otsu, en videos con fondo dinámico y estático, ponderando el tiempo de respuesta del algoritmo, memoria utilizada, requerimiento de la unidad central de procesos y aciertos en las detecciones, en los lenguajes de Python y M (Matlab). Las técnicas en Python presentan mejores resultados en cuanto a tiempo de respuesta y espacio de memoria; mientras que, al utilizar Matlab, se presenta el menor porcentaje de requerimiento de máquina. Asimismo, el método de Otsu mejora el porcentaje de aciertos en 12.89 % y 11.3 % para videos con fondo dinámico y estático, respecto a la técnica de umbralización binaria.

Evaluación de una mezcla de concreto asfáltico con incorporación de agregados reciclados de concreto

sáb, 02 ene 2021 00:00:00 -0500

La generación y gestión de residuos sólidos industriales se considera una problemática ambiental a nivel mundial. Razón por la cual, diversos estudios se han enfocado en la implementación de Residuos de obras de Construcción y Demolición (RCD) para capas de pavimentos, centrándose en el uso de Agregados Reciclados de Concreto (RCA por sus siglas en inglés). El objetivo de este artículo fue establecer el impacto de la implementación del RCA en una mezcla asfáltica sobre algunas de sus propiedades físico-mecánicas, bajo tres escenarios: i) sustitución de la fracción gruesa, ii) fina y iii) 100% de la granulometría del agregado convencional (AC). Se evaluó la resistencia bajo carga monotónica de las mezclas (ensayos Marshall y Tracción Indirecta – RTI) y la resistencia al desgaste Cántabro. La sustitución de la fracción fina del AC por RCA, disminuye notablemente la resistencia bajo carga monotónica de la mezcla de referencia. Al sustituir la fracción gruesa, se cumplen los criterios de diseño de la mezcla asfáltica de referencia y se aumenta el RTI, pero se hace necesario incrementar ligeramente el contenido de asfalto. Al sustituir la totalidad de los agregados por RCA, se obtuvo un comportamiento satisfactorio ante la acción de cargas monotónicas, pero también se hace necesario incrementar ostensiblemente el contenido de asfalto. Un aumento del RCA en la mezcla incrementa la pérdida por desgaste Cántabro.

Cavitación en perfiles hidrodinámicos para turbinas hidrocinéticas

sáb, 02 ene 2021 00:00:00 -0500

La resistencia a la cavitación es un requerimiento importante en el diseño de turbinas hidrocinéticas para aplicaciones marinas o fluviales dado que se ha demostrado que la cavitación puede contribuir al desgaste, corrosión, vibración y fatiga de los álabes de la turbina. La presencia de cavitación en los álabes puede conducir a la disminución del rendimiento de la turbina y la reducción de su vida útil. Por lo tanto, es fundamental incluir un estudio de cavitación en el análisis y desarrollo de los sistemas hidrocinéticos. En este trabajo, se presentan los elementos a tener en cuenta en un estudio de cavitación de los álabes de las turbinas hidrocinéticas. Como criterio para determinar la ocurrencia de cavitación, se presentó la comparación entre la distribución del coeficiente de presión ( ) sobre el perfil hidrodinámico Eppler 420 y el número de cavitación ( ). El fue calculado mediante simulación numérica usando el software Ansys Fluent. Los resultados mostraron que el perfil hidrodinámico Eppler 420 podría ser empleado para el diseño de los álabes de turbinas hidrocinéticas.

Diseño, construcción y prueba estática experimental de un motor-cohete de combustible solido

mié, 17 feb 2021 17:02:47 -0500

Este artículo presenta el diseño, construcción y prueba estática de un prototipo de motor cohete propulsado por combustible sólido tipo Candy. El diseño se basó en la metodología SRM (Solid Rocket Motor Design). El motor cohete incluyó el sistema ignitor, la cámara de combustión, el combustible sólido y la tobera. El diámetro interno de la cámara de combustión y la longitud total del motor cohete fueron de 27,67 mm y 230 mm, respectivamente. La tobera del motor cohete fue de tipo Laval convergente-divergente. El combustible sólido se basó en la mezcla de nitrato de potasio (KNO₃) (oxidante) y azúcar de alta pureza (o sucrosa: C₁₂H₂₂O₁₁) (combustible), cuya síntesis se logró a través de un proceso de fusión térmica (150-170°C durante 20-25 min). El desempeño del motor cohete fue evaluado mediante una prueba estática de combustión; arrojando como resultados una fuerza de empuje máxima (carga) de 227 N, un impulso total de 98,69 Ns y un impulso especifico de 65,8 s, permitiendo así, su clasificación como un motor cohete clase G. Los resultados obtenidos son considerados de gran importancia en el desarrollo y caracterización de motores cohete de combustible sólido, necesarios para impulsar el campo de la cohetería experimental en Colombia.

Metodología de diagnóstico de perturbaciones en la calidad de potencia usando la Transformada S

mié, 17 feb 2021 17:22:16 -0500

Este trabajo presenta una metodología conocida como la Transformada S para el análisis tiempo-frecuencia de diferentes distorsiones en sistemas eléctricos de potencia, las cuales, en su mayoría, son no estacionarias y de corta duración, debido a la contribución de las impedancias de la red y los tipos de cargas conectadas por los usuarios. La habilidad de identificar todos los tipos de distorsiones de calidad de energía encriptados en las señales de corriente y tensión es de gran importancia para el análisis de las causas de fallos y funcionamientos erróneos de dispositivos de medición, protección y control en las redes eléctricas. Una característica clave de la Transformada S consiste en que combina una frecuencia dependiente de la resolución del espacio tiempo-frecuencia con información totalmente relacionada a la fase local. Esto permite definir el término de fase en un espectro local. Adicionalmente exhibe una respuesta de amplitud invariante en la frecuencia, en contraste con transformadas tales como la Wavelet y Fourier de Tiempo Corto. Serán simulados mediante el software PSCAD los siguientes casos de estudio: arranque y salida de motores, fallo línea-tierra, armónicos de secuencia cero en una carga trifásica balanceada, carga trifásica desbalanceada, señal en presencia de muescas y componentes de alta frecuencia.

No-respuesta al ítem en una encuesta de hogares en Colombia

Josefa Ramoni-Perazzi, Giampaolo Orlandoni-Merli, Surendra Prasad-Sinha — jue, 18 feb 2021 11:33:25 -0500

La no-respuesta a un ítem se produce cuando las unidades muestrales no proporcionan la información solicitada sobre una variable en particular, problema que puede afectar la representatividad de la muestra y la confiabilidad de las estimaciones. Los esfuerzos para reducir las tasas de no-respuesta no necesariamente mejoran la calidad de la información. Además de la tasa de no-respuesta, es posible utilizar indicadores de representatividad para medir la calidad de los datos recopilados. Este documento analiza el mecanismo de no-respuesta a salarios en una encuesta de hogares en Colombia y evalúa la calidad de la información sobre salarios en dos períodos diferentes (2008: 4 y 2017: 4). Los resultados muestran una tasa de no-respuesta baja pero creciente, cuyo comportamiento no parece estar asociado con el conjunto de observables consideradas. Este resultado es de interés ya que la selección del método de imputación adecuado depende de los supuestos en torno al comportamiento de los datos faltantes.

Generador de variable aleatoria bivariado aplicado a DEA

Jhon Jairo Vargas-Sánchez, José Adalberto Soto-Mejía — jue, 18 feb 2021 17:35:59 -0500

La aplicación de modelos DEA estocásticos utilizando Estadística Bayesiana es una técnica que está surgiendo en los últimos años, para ser usada se debe hacer simulación de distribuciones de probabilidad multivariadas. En este artículo se presenta un generador bivariado para variable continua. Adicionalmente se ha creado una discretización de este para lograr simulaciones de distribuciones a posteriori de una manera fácil de aplicar. Se presentará la aplicación del generador a dos funciones de densidad de probabilidad bivariadas, una de ellas normal, con sus respectivas pruebas de bondad de ajuste. Se usaron datos del sector educativo en base de datos del DANE (Departamento Administrativo Nacional de Estadística) Colombia para resolver el problema de un modelo DEA estocástico Bayesiano. Los resultados muestran la utilidad, potencia y facilidad del uso del generador propuesto en este tipo de problema.

Una nueva metaheurística híbrida para resolver el problema 2eLIRP

Javier Arias-Osorio, Julio Cesar Camacho-Pinto — jue, 18 feb 2021 17:56:18 -0500

En este trabajo se considera el problema de optimización que integra las funciones logísticas de localización, transporte e inventario multiperiodo en una red de distribución de dos escalones, denominado 2eLIRP. En este artículo se propone para su solución una nueva metaheurística híbrida, basada en Búsqueda Tabú, Algoritmos Genéticos y la heurística del Vecino más cercano. Los rendimientos de esta técnica híbrida se comparan con las metaheurísticas clásicas que tiene como base, encontrando mejores soluciones en el 96,67% de los experimentos realizados.

Sistema integrado de monitoreo inalámbrico de variables agroambientales en un cultivo de tomate para la generación de mapas de intensidad

vie, 19 feb 2021 16:00:07 -0500

En este trabajo se presenta el diseño y construcción de un sistema integrado de monitoreo inalámbrico para la generación de mapas de intensidad enfocado en la agricultura de precisión empleando una metodología de cuatro etapas: análisis general, construcción, desarrollo del software y, validación y gestión de cambios. El sistema cuenta con la instrumentación para medir dióxido de carbono, temperatura, radiación ultravioleta y humedad del aire y suelo; además, implementa un sistema de posicionamiento global que permite la creación de los mapas. Los datos se envían a través del protocolo LoRaWAN a una interfaz gráfica para visualizar el comportamiento de cada variable y generar los mapas; la cual se construye bajo las necesidades particulares de un cultivo de tomate. Finalmente, se obtiene un sistema adaptable para analizar a detalle las condiciones agroambientales, facilitando la toma de decisiones del agricultor.

Optimización de los hiperparámetros de una máquina de regresión de soporte vectorial utilizando enjambre de partículas para el pronóstico de casos de COVID-19

Norbey Danilo Muñoz-Cañón, Jairo Andrés Romero-Triana — sáb, 27 feb 2021 17:07:43 -0500

En este trabajo se propone un método para la optimización de los hiperparámetros de una máquina de regresión de soporte vectorial mediante la adaptación de la metaheurística de enjambre de partículas. El método se utiliza para pronosticar la serie de tiempo del total de casos positivos acumulados de la reciente enfermedad COVID-19 en la ciudad de Bogotá, Colombia. Para validar el rendimiento del método se establece una comparación con la máquina de regresión de soporte vectorial sin hiperparámetros optimizados, en términos de métricas de medición del rendimiento como lo son el error cuadrático medio, error absoluto medio y el coeficiente de determinación. Con un valor en el error cuadrático medio de 0,000045, un coeficiente de determinación de 0,998884 y el valor-p de 0,0015, para la prueba no paramétrica de Wilcoxon, el método propuesto presenta un mejor desempeño en el pronóstico. Finalmente se pone a discusión la aplicabilidad de este tipo de métodos en el pronóstico de casos en las epidemias.