Ingeniería y Desarrollo

Fuzzy logic control for active power factor correction

La distorsión armónica que se introduce a la red eléctrica de potencia por el uso masivo de equipo electrónico de baja potencia es actualmente un gran problema de calidad y eficiência de la red a nivel mundial. La característica no lineal de estos equipos produce grandes armónicos de corriente que generan calentamientos, fallas y sobrecorrientes cuando circulan en un sistema disenado para 60 Hz. Las soluciones tradicionales basadas en filtros pasivos no logran resolver completamente el problema, si bien disenarlas a frecuencias de red y potencia del equipo resulta voluminoso y costoso. Por otro lado, las soluciones activas exigen el uso de esquemas de control de alto desempeno, dada la necesidad de reconstrucción de la onda de corriente mientras se realiza regulación de salida, todo ello a una velocidad muy superior a la de la red. En este sentido, se presenta aquí una propuesta de esquema de control basado en lógica difusa para la corrección activa del factor de potencia sobre un convertidor dc/dc tipo boost. La estructura y diseno se plantean de acuerdo a las necesidades de operación y desempeno para una aplicación típica de media potencia. El desempeno final se verifica con base en pruebas sobre un prototipo de laboratorio, evaluando y analizando el comportamiento frente a cambios en el voltaje de entrada. Los resultados demuestran una significativa reducción en el contenido armónico (PF = 0.924, THD = 21.2%), y una gran respuesta dinâmica alrededor del punto de operación (tiempos de respuesta inferiores a los 100 ms).

The harmonic distortion introduced to the power grid by the massive use of low-power electronic equipment, is currently a major global problem of quality and efficiency of the network. The nonlinear characteristic of these devices produces large harmonic currents, which generate heat, faults and over current in a system designed for 60 Hz. Traditional solutions based on passive filters not only fail to solve the problem completely, but are to be bulky and expensive. Active solutions, on the other hand, require the use of high performance control schemes, given the need to rebuild the current wave while output regulation is made, all at a much higher rate than that of network. In this sense, we present here a proposal for a scheme based on fuzzy logic control for active correction of power factor on a DC/DC boost converter. The structure and design are raised according to the operational and performance requirements for a typical medium power application. The final performance is verified by tests on a laboratory prototype, assessing and analyzing the behavior to changes in input voltage. The results show a significant reduction in harmonic content (PF = 0.924, THD = 21.2%), and high dynamic response around the operating point (response times below 100 ms).

Waste concrete application in construction materials

El objetivo principal del estudio fue determinar la viabilidad del uso de áridos reciclados de residuos de hormigón en la fabricación de hormigón y bloques de hormigón en Chile. La investigación se realizó en tres etapas: la primera consistió en el proceso de recuperación de los residuos de hormigón y su caracterización física. La segunda, en el diseño de la mezcla de hormigón y sus propiedades mecánicas, según el método Faury-Joisel. La tercera, en el análisis y viabilidad del uso del material de residuo en la fabricación del nuevo material según especificaciones técnicas chilenas. Entre los resultados se estableció que la resistencia y densidad promedio del hormigón con áridos reciclados es muy similar al hormigón con áridos naturales, y que cumple los requerimientos de la norma. Sin embargo, en el caso de los bloques de hormigón, su resistencia disminuye aproximadamente un 13% y su contenido de finos y absorción es levemente menor a la estipulada en la norma (1.03%) cuando se trata de hormigón. Se resalta que aunque existe una disminución en su resistencia, es viable el uso del árido reciclado en la fabricación de bloques de hormigón.

The main objective of this study was to determine the possibility of using recycled aggregates coming from concrete to fabricate new concrete and concrete bricks in Chile. The research was done in three steps: The first step was to recover concrete wastes and to determine their physical properties. In the second step, the Faury-Joisel method was applied to obtain the concrete mixture. Finally, the third step consisted of analyzing and studying the use of recycled aggregates in new construction materials following the Chilean technical specifications. As a result, the project concluded that the resistance and average density of recycled concrete is similar to natural concrete fulfilling the specification requirement. However, the concrete bricks resistance decreased approximately by 13% and their fine aggregate content and absorption values were lower than the minimum required by the Chilean specifications (1.03%). On the other hand, even though a slight decrease in the resistance was observed, the use of recycled concrete aggregates was proven to be viable for the fabrication of concrete bricks.

A low cost touch-screen interface for image collage

This paper presents the design of a low-cost interface based on touchscreen interaction. The interface is developed for rehabilitation purposes, such as, stimulating cognitive development and motor skills as well as creativity and expressibility. The touch-screen interaction design is based on a Wii Remote system. We compared two system versions. The first is based on touch-screen interaction design and the second is based on mouse interaction. Although the wii Remote has low resolution the experimental results showed that users had a better performance with the touch-screen version when carrying out activities that require fine motor skills such as delineating free shape figures.

En este artículo se presenta el diseño de una interfaz de bajo costo basada en interacción touch-screen para crear collage de imágenes. La interfaz fue diseñada para propósitos de rehabilitación, tales como la estimulación de desarrollo cognitivo, habilidades motoras, creatividad y expresividad. La interacción touch-screen de la interfaz se basa en la utilización de un control remoto de Wii. Para evaluar la eficiencia de la interfaz, el diseño touch-screen fue comparado con un diseño basado en interacción con el mouse. A pesar de los problemas inherentes a la baja resolución de la cámara infrarroja del wii Remote, los resultados experimentales obtenidos muestran que la versión del sistema touch-screen permitió un mejor desempeño para realizar tareas que requieren habilidades motoras finas, tales como delinear la forma libre de una figura.

CN_xthin films grown by PLD at different temperatures

elículas delgadas de nitruro de carbono (CNx) fueron formadas por la técnica de depósito por láser pulsado (PLD, siglas en inglés). Para la ablación incidió sobre la superficie del blanco de grafito pirolítico (99.999% de pureza) un láser Nd:YAG (1064 nm, 500 mJ), cuya fluencia del haz se mantuvo a un valor de 10 J-cm². Las películas se formaron sobre sustratos de Si (100) y en una atmósfera de nitrógeno, y a tres valores diferentes de temperatura del sustrato (21, 50 y 200° C). Durante el crecimiento de estas películas se mantuvo la presión del gas ambiente constante (2,66 Pa). También se analizaron las propiedades mecánicas y químicas de las películas mediante microscopia de fuerza atómica (AFM, por sus siglas en inglés), espectroscopia infrarroja (FTIR), energía dispersiva de rayos x (EDx) y nanoindentación. El análisis de FTIR revela la presencia de modos activos alrededor de 1108 cm-1, 1465 cm-1, 2270 cm-1, asociados a enlaces simples, dobles y triples de CN, respectivamente. Por medio de EDx, se estudió la composición química de las muestras, encontrándose bajos contenidos de nitrógeno, con una variación entre el 3 y 6 %at. Las propiedades mecánicas fueron evaluadas mediante la técnica de nanoindentación. La mayor dureza de las muestras fue de 14 GPa, obtenida para la muestra formada a una temperatura del sustrato de 200° C.

Carbon Nitride (CNx) thin films were grown by pulsed laser deposition using a Nd:YAG laser (1064 nm, 500mJ), in a graphite target (99.999%) on Si(100) substrate for three different temperatures 21, 50 and 200 °C, in a nitrogen atmosphere at constant pressure of 2,66 Pa. The FTIR's analysis made to the films, revealed the presence of active modes around 1108 cm-1, 1465 cm-1, 2270 cm-1, associated with the simple, double and triple bonding of CN, respectively. Chemical composition was studied by EDX analysis, low nitrogen contents were found between 3 and 6 at%. And the mechanical properties of the films were evaluated using nanoindentation technique. The highest hardness was 14 GPa at 200°C substrate temperature.

Effect of the removed metal volume and cutting speed in the cutting tool wear during high speed turning of AISI 1045

En este trabajo se aborda el estudio experimental del efecto del volumen de metal cortado y de la velocidad de corte en el desgaste del flanco de dos insertos de carburos recubiertos y un cermet, durante el torneado de acabado en seco del acero AISI 1045 a velocidades de corte moderada, intermedia y alta. Los resultados fueron comparados utilizando la dimensión volumétrica de la vida útil de la herramienta, el análisis de varianza y el análisis de regresión lineal para describir la relación entre el desgaste y el volumen removido, según las ecuaciones del modelo ajustado. La investigación mostró un efecto significativo de la velocidad de corte y del volumen cortado en el desgaste del flanco, pues se logró el mejor desempeño para la alta velocidad con el carburo recubierto con tres capas y el peor funcionamiento con el carburo recubierto con dos capas.

This work deals with the experimental study of the effect of the removed metal volume and cutting speed on flank wear of two coating carbide and a cermet inserts during the dry finishing turning of AISI 1045 steel at moderate, medium and high cutting speeds. The results were compared using the volumetric dimension of the cutting tool life, the variance analysis and lineal regression analysis in order to describe the relationship between the flank wear and removed volume, obtaining the adjusted model equations. The investigation showed a significant effect of cutting speed and machined metal volume on the flank wear, achieving that the three coating layers insert demonstrated the best performance while the two layers insert had the worst behaviour of the cutting tool wear at high cutting speed.

Effect of the initial pH and the catalyst concentration on TiO₂-based photocatalytic degradation of three commercial pesticides

The photocatalytic degradations of three pesticides: 2,4-D, diuron, ametryne and a specific mixture of these ones, were carried out in a lab-scale reactor with artificial ultraviolet radiation. The effects of initial pH and catalyst concentration for each substrate were analyzed, and the degradation kinetics was modeled at the optimal operating conditions for each mineralization process. The parameters of the Langmuir-Hinselwood models fitted satisfactorily to the experimental data. The incidence of the studied variable was evaluated by analysis of variance (ANOVA). The catalyst concentration was the most important variable for the 2,4-D degradation, whereas for diuron, ametryne and the considered mixture was the initial pH. The degradations of the pesticides mixture were favored at an initial pH of 7 and 0.6 g/L of TiO2 concentration.

En este trabajo se evaluó la degradación fotocatalítica de tres pesticidas y su mezcla: 2,4 D, diurón y ametrina, en un reactor a escala de laboratorio con luz ultravioleta artificial. Se estudiaron los efectos del pH inicial y la concentración del catalizador y se modeló la cinética en las mejores condiciones de degradación para cada sustrato empleado en este estudio. Se calcularon las constantes cinéticas y de adsorción de Langmuir-Hinselwood por ajuste de parámetros. Por otro lado, se evaluó el efecto de cada una de las variables mediante un análisis de varianza. Se encontró que la variable más importante para la degradación del 2,4-D, fue la concentración del catalizador; mientras que para el diuron, la ametrina y la mezcla fue el pH inicial de la suspensión. La degradación de la mezcla se favoreció con un pH inicial de 7 y una concentración de catalizador de 0.6 g/L.

Urban transportation system optimum: The effect of accounting for the interaction of buses and cars

We use an iterative methodology to calculate Pigouvian tolls when the street is shared by cars and buses. We compare scenarios where: 1) the toll is calculated, conventionally, considering only the externality over other vehicles; 2) the toll is calculated considering the impact over other vehicles' passengers; 3) no tolls are applied; 4) no tolls are applied, but some lanes or streets are reserved for buses. The methodology is applied first to a synthetic-model that considers homogeneity of demand and some level of heterogeneity of supply. Then, the methodology is extended to a city-model, a simultaneous four-stage model calibrated with real data from Santiago, Chile. Results show that when the externality over passengers is considered, car tolls in roads of mixed-use are significantly higher than conventionally estimated and, consequently, car flows shrink on those roads. Simulation results also show that the outcome of the reservation of capacity for buses depends on a careful design of this policy and could range from a social detriment, to be significantly superior to Pigouvian pricing. Experiments also show that, ifbus' paths are fixed, tolls calculated considering the externality over vehicle's users may result in a social detriment. Finally, all Pigouvian pricing scenarios in the city-model resulted in a reduction in social welfare. This remarkable result can be attributed to: 1) the fact that the city-model tends to simile general equilibrium, whereas Pigouvian tolls are calculated from a partial equilibrium perspective; 2) limitations of the city-model or a manifestation of Coase's counterexample for Pigouvian taxation, resulting from the fact that agent's opportunity cost is heterogeneous. We finish discussing the impact of these findings in policy analysis.

En este trabajo se usa un método iterativo para calcular tarifas Pigouvianas cuando las vías son compartidas por autos y buses. Se comparan escenarios en los cuales: 1) la tarifa es calculada considerando sólo la externalidad sobre otros vehículos; 2) la tarifa considera además la externalidad sobre los pasajeros de los vehículos; 3) no se aplican tarifas; y 4) no se aplican tarifas, pero algunas pistas son reservadas para el uso exclusivo de buses. El método es aplicado primero a un modelo idealizado que considera homogenidad de la demanda y cierto grado de heterogenidad en la oferta. Luego el método es aplicado en un experimento con datos reales basado en un modelo simultáneo de cuatro etapas calibrado para la ciudad de Santiago, Chile. Todos los experimentos muestran que cuando se considera la externalidad sobre los pasajeros de los vehículos, las tarifas Pigouvianas crecen sustancialmente en las vías de uso mixto, lo cual se traduce en un menor flujo de automóviles en dichas vías. Por otro lado, las simulaciones con el modelo idealizado muestran que el efecto de la reservación de pistas depende fuertemente del diseño considerado. Respecto de la tarificación Pigouviana, el experimento con datos reales muestra, sorprendentemente, que dicha política resultaría ser inferior a un escenario en el cual no se aplican tarifas. Este resultado podría atribuirse a: 1) que el modelo con datos reales representa una situación de equilibrio general y en cambio las tarifas Pigouvianas se calculan usando un enfoque de equilibrio parcial; 2) limitaciones de modelación en el experimento con datos reales; o 3) una manifestación del contraejemplo de Coase para los impuestos Pigouvianos. El artículo termina discutiendo el impacto de estos resultados en el análisis de políticas de transporte urbano.

Algorithm to obtain anthropometric parameters in frontal images of human faces

Este trabajo describe un algoritmo desarrollado bajo técnicas de procesamiento de imágenes para la obtención automática de los principales parámetros antropométricos del rostro en posición frontal. El algoritmo emplea un modelo gaussiano de la piel con el fin de detectar el rostro del individuo presente en la escena. Luego, por medio de un conjunto de ecuaciones morfológicas, se segmentan las regiones del rostro de interés (ojos, nariz y labios). Una vez detectadas estas regiones se calculan las coordenadas de los puntos de referencia faciales y, finalmente, se relacionan para obtener los parámetros antropométricos. El algoritmo es capaz de detectar automáticamente 14 de los 18 puntos de referencia definidos por Farkas, con un error promedio de ubicación menor a 3 mm. Con este conjunto de puntos se miden 23 parámetros antropométricos faciales en un tiempo promedio de 13 segundos.

This article describes an algorithm developed under image processing techniques to automatically obtain relevant anthropometric parameters from frontal human faces. The algorithm first applies a Gaussian model of the skin to detect the individual face in the scene. Later, a set of morphological equations is applied to isolate or segment the interest regions of the face (eyes, nose and lips). Once these regions are detected, the algorithm calculates the reference point's coordinates and finally they are used to obtain the anthropometric measures of interest. The implemented algorithm is capable to automatically detect 14 of the 18 referent points defined by Farkas for frontal faces with a mean square error less than 3 mm. With this set of points 23 parameters are measured in an average computation time of 13 seconds.