Entre Ciencia e Ingeniería

EL PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA HA LOGRADO LA ACREDITACIÓN DE ALTA CALIDAD

Development and interaction of a virtual laboratory assisted and controlled by PLC

Hoy en día el elemento básico en la industria es el PLC, cuya función principal es controlar los sistemas y procesos presentes en la industria. El uso de laboratorios virtuales en fases preliminares al completo montaje de las líneas de producción resulta muy útil para ahorrar dinero y tiempo. Se presenta la ventaja de poder tener los controladores y la lógica secuencial ya funcionando en su gran mayoría, antes de tener el sistema completamente listo. Éste artículo presenta un desarrollo e implementación de un ambiente virtual de una banda trasportadora en una cervecería. A través del protocolo OSC, el laboratorio virtual y el PLC, puede comunicarse y lograr una emulación del sistema real en un ambiente virtual, donde el PLC ha sido programado como se haría para una industria.

Nowadays, the basic element to be used in the industry is the PLC, whose main function is to control the systems and processes in the industry. The use of virtual labs in preliminary stages in the complete assembly of the production lines helps to save money and time. It gives the advantage of having controllers and sequential logic mostly working, before having the system completely ready. This paper presents the development and implementation of a virtual environment of a conveyor belt in a brewery. Through the OSC protocol, the virtual laboratory and the PLC can communicate and achieve emulation of the real system in a virtual environment, where the PLC has been programmed as it would be done for an industry.

Hoje em dia o elemento básico da indústria é o PLC, cuja função principal é controlar os sistemas e processos presentes na indústria. A utilização de laboratórios virtuais em montagem completa de estágios preliminares das linhas de produção é muito útil para economizar tempo e dinheiro. Apresenta-se a vantagem de poder ter os controladores e a lógica sequencial já funcionando em maior parte, antes de ter o sistema completamente pronto. Este artigo apresenta um desenvolvimento e implementação de um ambiente virtual de um conjunto de transportadores de cervejaria. Através do protocolo OSC, o laboratório virtual e o PLC, podem comunicar-se e alcançar uma emulação do sistema real em um ambiente virtual, onde o PLC foi programado como seria feito para uma indústria.

Switched optimal control of a DC-DC converter

El presente artículo aborda el control de circuitos convertidores de potencia empleando control óptimo conmutado. Se realiza el diseño y la simulación para un convertidor CC-CC tipo reductor (Buck) y posteriormente se ajusta para el mismo un lazo realimentado en el cual se verifica el efecto de una acción de tipo proporcional de alta ganancia (encendido-apagado) a manera de punto de referencia convencional, para atenuar la incidencia de perturbaciones aplicadas en el sistema. Posteriormente y empleando un enfoque basado en el principio del máximo de Pontryagin, se diseña e implementa, a través de simulación, una técnica de control óptimo conmutado (bang-bang) que permite obtener un desempeño comparable con la acción encendido-apagado en términos de características dinámicas. Pruebas adicionales permiten cuantificar la optimalidad de la técnica propuesta y verificar el desempeño del sistema controlado en términos energéticos, mostrando que un control óptimo conmutado presenta además de la minimización del funcional de costo (mínima energía del error), una menor incidencia en la generación de ruidos por conmutación de alta frecuencia, en comparación con la técnica convencional. Trabajo adicional incluye la verificación experimental en laboratorio para los resultados de simulación presentados.

In this work, switching-based control is applied on regulation of power conversion circuits. In particular, a DC-DC Buck-type power converter has been designed and simulated, both for nominal conditions and under disturbances. First of all, a classical On-Off controller was employed to compensate the effects of disturbances in the loop, in order to check the correctness of the operational conditions for the controlled system. Then, an optimal-switching bang-bang controlled was designed and implemented, taking into account the Pontryagin's Maximum principle, showing a good performance for disturbance rejection, improvement of dynamical features in the response and reduction of error's energy by mean of verification of optimality criteria. Results show that despite the fact both techniques analyzed; i.e. On-Off and bang-bang, are switching-based laws, the performance index on the optimal controller allows to obtain a cleaner shape with less energy consumption. Ongoing work includes the experimental verification of the optimal technique in laboratory.

Este artigo descreve os conversores de energia de controle circuito empregando optivo de controle. Se realiza o projeto e a estimulação para um convertedor CC-CC tipo redutor (buck) e posteriormente se ajusta para o mesmo um laço realimentado no qual se verifica o efeito de uma ação de tipo proporcional de alto ganho (ligado-desligado) o título de referência convencional reduzir a incidência de distúrbios aplicado sistema. Posteriormente e usando um foco baseado no principio do máximo de Pontryagin, se projeta e implementa, através de simulação, uma técnica de ótimo controle comutado (bang-bang) que permite obter um desempenho comparável com a ação ligado-desligado em términos de características dinâmicas. Testes adicionais permitem que o Optimalidade da proposta técnica para quantificar e verificar o desempenho do sistema de energia controlada, mostrando que um ótimo controle apresenta além da minimização do funcional de custo (potência mínima do erro), uma menor incidência na geração de ruídos por comutação de alta frequência, em comparação com a técnica convencional. Trabalho adicional inclui a verificação experimental em laboratório para os resultados de simulação apresentados.

Determination of the concentration of cadmium in a Colombian chocolate with 65% of cocoa, and foreign chocolates with different cocoa percentages

Se evaluó de forma cualitativa y cuantitativa la presencia de cadmio en un chocolate amargo con 65% de cacao producido en Colombia y en chocolates extranjeros con diferentes porcentajes de cacao. Para la preparación de las muestras se tomaron 0,5 gramos y se realizó una digestión ácida con ácido nítrico concentrado (HNO3 65%). La determinación del metal se llevó a cabo por medio de la técnica de espectrofotometría de absorción atómica de llama (FAAS). Se determinó el límite de detección (LOD) y cuantificación (LOQ) del método, obteniéndose valores de 0,0309 mg/L y 0,0670 mg/L respectivamente. La concentración promedio de cadmio en el chocolate nacional fue de 4,0477 mg/kg, superando los límites establecidos por el Codex Alimentarius (2,0 mg/kg) y la Unión Europea (0,8 mg/kg).

The presence of cadmium was evaluated qualitatively and quantitatively in a dark chocolate with 65% cocoa produced in Colombia, and foreign chocolates with different percentages of cocoa. 0.5 grams were taken for the preparation of the samples, and an acid digestion with concentrated nitric acid (HNO3 65%) was performed. The metal determination was carried out by the Flame Atomic Absorption Spectrophotometry Technique (FAAS). The detection limit (LOD) and the quantification (LOQ) of the method was determined, obtaining values of 0.0309 mg/L and 0.0670 mg/L respectively. The average concentration of cadmium in the national chocolate was 4.0477 mg/kg, exceeding the limits established by the Codex Alimentarius (2,0 mg/kg) and the European Union (0,8 mg/kg).

Se avaliou de forma qualitativa e quantitativa a presença de cádmio em um chocolate amargo com 65% de cacau produzido na Colômbia e em chocolates estrangeiros com diferentes porcentagens de cacau. Para a preparação das amostras foram tomadas 0,5 gramas y se realizou uma digestão acida com acido nítrico concentrado (HNO3 65%). A determinação do metal foi efetuada por meio da técnica de espectrofotometria de absorção atômica de chama (FAAS). Se determinou o limite de detecção (LOD) y quantificação (LOQ) do método, obtendo valores de 0,0309 mg/L e 0,0670 mg/L respectivamente. A concentração media de cadmio no chocolate nacional foi de 4,0477 mg/kg, superando os limites estabelecidos por o Codex Alimentarius (2,0 mg/kg) e a União Europeia (0,8 mg/kg).

Building 3D models in order to teach the Gauss' Law in a differential form

En este artículo se muestran algunos resultados de un proyecto de investigación que tenía como principal objetivo involucrar a los estudiantes en actividades de modelación científica a través de la construcción de modelos computacionales. El estudio fue realizado con un grupo de 43 estudiantes de los programas de ingeniería civil y de sistemas, de la Universidad Cooperativa de Colombia - Sede Ibagué, y estuvo fundamentado en la modelación científica, la modelación computacional y la Teoría del Aprendizaje Significativo Crítico. Los principales hallazgos develan que la implementación de la propuesta didáctica fundamentada en situaciones problema a ser modeladas haciendo uso de programas computacionales, favoreció la interacción de los estudiantes, la discusión, la formulación de preguntas de interés sobre la temática de la Ley de Gauss y la construcción de modelos computacionales para representar las situaciones problema planteadas; generándose así la comprensión de conceptos relativos al campo de conocimiento.

This article presents some results of a research project aimed mainly to involve students in scientific modeling activities, through building computer models. The study was conducted with a group of 43 students of Civil and Systems Engineering from Universidad Cooperativa de Colombia, located in Ibague, and was based on the scientific modeling, the computational modeling and the Meaningful Critical Learning Theory. The main findings reveal that the implementation of the didactic approach based on problem situations that were modeled on computer programs, favored student interaction, discussion, the formulation of questions based on the Gauss' Law and the construction of computer models used to represent problem situations presented, generating an understanding of concepts related to the field of knowledge.

Nesse artigo se mostram alguns resultados de um projeto de investigação que tinha como principal objetivo envolver os alunos em atividades de modelagem científica através da construção de modelos computacionais. O estudo foi realizado com um grupo de 43 estudantes dos programas de engenharia civil e de sistemas, da Universidade Cooperativa de Colômbia -Sede Ibagué, e foi baseada em modelagem científica, modelagem computacional e teoria da aprendizagem significativa crítica. As principais conclusões revelam que a implementação da proposta educacional com base em situações-problema a ser modelado, fazendo uso de programas de computador, trouxe à interação dos alunos, a discussão, a formulação de perguntas de interesse sobre o tema da Lei de Gauss e a construção de modelos computacionais para representar as situações problemas postas; gerando assim à compreensão de conceitos relativos ao campo de conhecimento.

Analysis and classification of software maintainability attributes: a comparative review from the state of the art

Actualmente el mantenimiento de software es la etapa más costosa del ciclo de vida de dicho producto. Identificar los atributos que influyen sobre la mantenibilidad de software es un aspecto importante para conocer qué factores se podrían incluir durante el proceso de desarrollo con el fin de conseguir un producto altamente mantenible. En este sentido, el presente artículo ofrece una vista integral de diferentes atributos de mantenibilidad obtenidos a partir de la literatura y propone una clasificación de los mismos teniendo en cuenta: (i) las sub-características de mantenibilidad de ISO/IEC 25010 sobre las que influye, y (ii) el flujo de trabajo del desarrollo de software de RUP (Rational Unified Process) en los que se presenta. Como resultado de la investigación realizada se obtuvieron un total de 18 atributos clasificados de acuerdo a los criterios mencionados anteriormente, los cuales describen diferentes aspectos que se deben considerar cuando se pretende desarrollar un producto altamente mantenible. Los atributos de mantenibilidad y su clasificación, obtenidos en esta investigación han sido utilizados en la realización de un modelo de referencia de procesos que apoya la inclusión de sub-características de mantenibilidad al producto software durante el proceso de desarrollo.

Nowadays software maintenance is the most expensive stage in the life cycle of a software product. Identifying the attributes that influence software maintainability is an important aspect that will be useful when knowing the factors to be included during the development process in order to achieve a highly maintainable product. In this sense, this paper provides a comprehensive overview of the different maintainability attributes based on the literature, and proposes their classification taking into account the following items: (i) the maintainability sub-characteristics from the ISO/IEC 25010 standard influenced by it, and (ii) the software development workflow of RUP (Rational Unified Process) in which it is presented. As a result of this research, a total of 18 attributes were obtained and classified, based on the criteria previously mentioned, which describe the different aspects to be considered when trying to develop a highly maintainable product. The maintainability attributes and the classification obtained in this research have been used to create a process reference model which supports the inclusion of maintainability sub-characteristics to the product during the software development process.

Atualmente a manutenção de software é a etapa mais custosa do ciclo de vida do produto. Identificar os atributos influencia a capacidade de manutenção de software é um aspecto importante para conhecer que o fator poderia incluir durante o processo de desenvolvimento com o fim de conseguir um produto altamente manutenível. Nesse sentido, o presente artigo oferece uma vista integral de diferentes atributos de manutenção obtida as partir da literatura e propõe uma classificação dos mesmos tendo em conta: (i)as sub-características de manutenção de ISSO/IEC 25010 sobre as que influem e (ii) o fluxo de trabalho do desenvolvimento de software de RUP (Rational Unified Process) nos que se apresenta. Como resultado da investigação realizada se obteve um total de 18 atributos classificados de acordo aos critérios mencionados anteriormente, os quais descrevem diferentes aspectos que devem considerar quando se pretende desenvolver um produto altamente manutenível. Os atributos de manutenção e sua classificação, obtidos nessa investigação foram utilizados na realização de um modelo de referência de processos que apoiam a inclusão das sub-características de manutenção do produto software durante o processo de desenvolvimento.

Topographic traversing of high accuracy inside the campus of Universidad del Quindío

Este trabajo describe el procedimiento de diseño, monumentación y medición de un sistema de poligonación al interior del campus de la Universidad del Quindío, con instrumental clásico, que servirá como marco de referencia para el soporte de los trabajos topográficos y cartográficos de la institución, bajo requisitos técnicos que soporten sus precisiones relativa y absoluta, a través de coordenadas determinadas sobre el sistema de referencia horizontal para Colombia: Datum MAGNA-SIRGAS. La metodología se estructuró bajo la Teoría de Errores, definiendo el límite de las incertidumbres esperadas en función de las características técnicas de los instrumentos de medida, la configuración geométrica del polígono, los métodos y diseños de medición. Se lograron hallazgos interesantes en términos de la propagación del error y sus elipses, debido a que sus magnitudes, formas y orientaciones definieron la dirección de fortalecimiento geométrico del marco de referencia.

This article describes the design procedure, monumentation and measuring system traversing inside the campus of Universidad del Quindío, with classical instruments, which is used as a framework to support the surveying and mapping work of the institution, under technical requirements to support their relative and absolute precision through coordinates determined on the horizontal reference system for Colombia: Datum MAGNA-SIRGAS. The methodology was structured under the theory of errors, defining the limit of the uncertainties expected in terms of the technical characteristics of measuring instruments, the geometry of the polygon, and designs of measurement methods. Interesting findings were obtained in terms of error propagation and ellipses, because of their magnitudes, shapes and orientations defined the direction of strengthening the geometric framework.

Este trabalho descreve o procedimento de projeção, monumentation e medição de um sistema de poligonação ao interior do campus de a Universidade de Quindío, com instrumental clássico, que servira como um quadro de referência para o suporte dos trabalhos topográficos e cartográficos da instituição, sob-requisitos técnicos que suportem suas precisões relativa e absoluta, através de coordenadas determinadas sobre o sistema de referencia horizontal para Colômbia: Datum MAGNA-SIRGAS. A metodologia se estruturou sob a Teoria de Erros, definindo o limite das incertezas esperadas em função das características técnicas dos instrumentos de medida, a configuração geométrica do polígono, os métodos e projetos de medição. Alcançaram resultados interessantes em términos da propagação do erro e suas elipses, devido a suas magnitudes, formas e orientações definiram a direção de fortalecimento geométrico do quadro de referência.

Potentiostat prototype with applications in electrochemical processes

En este trabajo se presenta un prototipo de potenciostato de bajo costo, que permite el control de las variables eléctricas en la obtención de recubrimientos por electrodeposición. Se empleó la metodología QFD (Quality Function Deployment) como herramienta de planificación con el fin de determinar las características que debe tener el prototipo de potenciostato. El desarrollo de la investigación se basó en el diseño e implementación de un prototipo de potenciostato que permita trabajar 3 funciones básicas de electrodeposición a saber: cronoamperometría, que consiste en mantener un voltaje constante en un rango de 0 V a 20 V y mide la corriente entregada al sistema; cronopotenciometría, que mantiene constante una corriente en un rango de 0 A a 2 A y mide el voltaje (potencial) y voltamperometría cíclica, la cual trabaja en los mismos rangos de la cronoamperometría (0 V a 20 V) y excita el sistema mediante señales de onda triangular, diente de sierra, senoidal, cuadrada, entre otras. Estas características implementadas son comparadas con las de un potenciostato comercial, demostrando su eficiencia en el control de procesos electroquímicos.

This article presents a low cost prototype potentiostat, which allows to control electrical variables in obtaining coatings by electrodeposition. The QFD (Quality Function Deployment) methodology was used as a planning tool in order to determine the characteristics that should have the potentiostat along the entire process of obtaining the prototype. The development of the research was based on the design and implementation of a prototype potentiostat that can handle three basic functions of electrodeposition. One first function, chronoamperometry lets to keep a constant voltage in the range of 0 V to 20 V and measures the current delivered to the system. A second function, chronopotentiometry maintains constant a current in a range of 0 A to 2 A and measures the voltage (potential). A third function, cyclic voltammetry, works in the same ranges of chronoamperometry (0 V to 20 V) and excites the system by signals as triangular wave, saw tooth, sine, and square, among others. These implemented features were compared to one conventional potentiostat, demonstrating its efficiency in controlling electrochemical processes.

Nesse trabalho se apresenta um protótipo de baixo custo potentiostat, que permite o controle das variáveis elétricas na obtenção de recobrimentos por eletrodeposição. Empregou-se a metodologia QFD (Quality Function Deployment) como ferramenta de planificação com o fim de determinar as características que devem ter o protótipo de um potentiostat. A pesquisa baseou-se na concepção e implementação de um protótipo de um potentiostat, permitindo trabalho 3 noções básicas de galvanoplastia, nomeadamente: cronoamperometria, que consiste em manter uma voltagem constante em um intervalo de 0V a 20V e mede a corrente entregada ao sistema; cronopotenciometria que mantem constante uma corrente de um rango de 0A a 2ª e mede a voltagem (potencial) e voltamperometria clinica, a qual trabalha nos mesmos intervalos que a conoamperometria (0V a 20V) e excita o sistema mediante sinais de onda triangular, dente de serra, senoidal, quadrada, entre os outros. Estas características implementadas são comparadas com as de um potensiostato comercial, demostrando sua eficiência no controle de processos eletroquímicos.