Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

Editorial

Modeling and development of a bridgeless PFC Boost rectifier

ABSTRACT This paper proposes a model of the bridgeless PFC (Power Factor Correction) boost rectifier for control purposes based on an averaged small-signal analysis. From circuital laws, four operation modes are defined and explained, ensuring a relationship of physical variables in the converter. Based on the proposed model, two-loop cascade control structures composed of Proportional-Integral (PI) lineal controllers are proposed. Design consideration for dimensioning reactive elements is included, providing minimum values for their inductance and capacitance. Implementation of a laboratory prototype of 900 W and experimental results are presented to validate and reaffirm the proposed model. Experimental results demonstrate that the use of the bridgeless PFC boost converter model allows the Power Factor ( PF ) to be elevated up to 0.99, to reduce the THD i (Total Harmonic Distortion of the Current) to 3.9% and to control the DC voltage level on output. Compliance of standards of power quality EN 61000-3-2 (IEC 1000-3-2) are experimentally verified.

RESUMEN Este artículo propone un modelo para rectificadores elevadores PFC (Power Factor Correction por sus siglas en inglés) sin puente para propósitos de control y basado en el análisis del promedio de pequeña señal. A partir de las leyes circuitales, cuatro modos de operación son definidos y explicados, asegurando una relación entre las variables físicas del convertidor. Basados en el modelo propuesto, dos lazos cerrados de control compuestos por controladores lineales Proporcionales e Integrales (PI) son propuestos. Algunas consideraciones de diseño para dimensionar los elementos reactivos son incluidas, de tal forma que se obtienen valores mínimos para su inductancia y capacitancia. Se presenta la implementación de un prototipo de 900 W con resultados experimentales que permite validar y reafirmar el modelo propuesto. Los resultados experimentales demuestran que el uso del convertidor PFC permite elevar el factor de potencia FP a 0,99 o más y reducir el THD i (Total Harmonic Distortion of the Current por sus siglas en Inglés) a 3,9 %, además de controlar el bus DC en la salida. Se verifica experimentalmente que el convertidor PFC desarrollado está de acuerdo con los estándares de calidad de la potencia EN 61000-3-2 (IEC 1000-3-2).

Lightning activity over large cities located in mountainous tropical zone and its relationship with particulate matter PM ₁₀ distribution. Bogotá City Case.

ABSTRACT This paper presents an analysis on the influence of anthropogenic phenomena over the lightning activity in large cities located in mountainous region of tropical zone, specifically in Bogotá City. Some preliminary results show an increase of lightning activity between 33% and 340% for the period under study (2007-2012), when a comparison between urban and rural adjacent zone is carried out. An additional analysis of the influence of pollution on lightning activity was also carried out; this analysis shows that there is a tendency of correlation between number of strokes and particulate matter (PM10) for the zones under study with the highest levels of contamination of the city. In order to achieve the goals of this study, data from one of the Colombian Lightning Location Systems (SID) and the monitoring network of air quality of Bogotá were used. The results are consistent with other studies carried out in different cities of the world.

RESUMEN El siguiente estudio realiza un análisis sobre la influencia de fenómenos antropogénicos en la actividad de rayos para la ciudad de Bogotá. Los resultados muestran que hay un incremento en la actividad de rayos entre el 33%-340% para el periodo de 2007-2012, cuando se compara la zona urbana de Bogotá con una zona rural adyacente. También se realizó un análisis para observar la influencia de la polución de la ciudad, sobre los rayos. Los resultados muestran que hay una tendencia entre el número de rayos y el material particulado para las zonas con mayores niveles de contaminación de la ciudad. Para realizar el estudio fueron utilizados los datos de la red de localización de rayos - SID y para la información de niveles de polución se utiliza la red de monitoreo de calidad del aire de Bogotá. Los resultados son consistentes con otros estudios llevados a cabo en otras ciudades del mundo.

Identification of low frequency oscillation modes in large transmission systems

ABSTRACT There is a typical dynamical performance associated with every system. Oscillations are phenomena inherent to dynamical systems and the analysis of such phenomena is a fundamental issue for understanding the dynamical behavior of a particular system. Knowledge of the system natural modes, frequencies and its associated damping ratio, provide valuable information regarding the system performance after being subjected to a disturbance. Due to the operational requirements, topological changes in the transmission network of the electrical power systems are quite common. This causes modification in both frequency and damping values of the natural system modes. In the past, normal changes in the operating condition have kicked up undamped power oscillations in the Mexican system, thus assessing the damping of critical oscillation modes of the system is of utmost importance. This paper reports on the application of modal analysis and time domain simulations for computing and tracking the most dominant low frequency oscillations, also known as inter-area modes, in the Mexican power system under different operating conditions. As a result, the most influential system variables on the low frequency oscillations have been identified.

RESUMEN Existe un comportamiento dinámico típico asociado a todo sistema. Las oscilaciones son fenómenos inherentes a los sistemas dinámicos, por lo que el análisis de estos resulta fundamental para entender el comportamiento dinámico de un sistema en particular. El conocimiento de la frecuencia de oscilación y su correspondiente razón de amortiguamiento, asociados con los modos naturales del sistema, resulta fundamental para inferir el comportamiento dinámico del sistema después de que ha experimentado un disturbio. En un sistema eléctrico de potencia los cambios topológicos en la red de transmisión son bastante comunes debido a los requerimientos operativos. Esto ocasiona cambios en los valores tanto de la frecuencia de oscilación como el amortiguamiento de los modos naturales del sistema. En el pasado, cambios normales en la condición de operación del sistema mexicano han dado como resultado la aparición de oscilaciones de potencia no amortiguadas, por esta razón el conocer el amortiguamiento asociado con los modos críticos del sistema resulta de vital importancia. Este artículo reporta la aplicación del análisis modal y simulaciones en el dominio del tiempo para el rastreo de las oscilaciones de baja frecuencia dominantes, también conocidas como modos inter-área, en el sistema eléctrico mexicano durante diferentes condiciones de operación. Los resultados obtenidos permiten identificar a las variables del sistema de potencia más importantes sobre las oscilaciones de baja frecuencia.

Touchless control module for diagnostic images at the surgery room using the Leap Motion system and 3D Slicer Software

ABSTRACT During surgical procedures, it is important that the personnel (surgeon, residents, or assistants) interact with the patient avoiding any physical contact with equipment and materials that might have not been appropriately sterilized. This is done in order to prevent patient’s infections and complications after surgery. With the increased availability of diagnostic images, this technology has become indispensable in operating rooms but to maintain asepsis control of computer equipment on which the visualization programs are executed is not always possible, hindering access to personnel to information contained in the images. This paper describes the development of a system that allows the personnel to manipulate a medical imaging display program using gestures, avoiding the surgeon or the nurse to have a direct contact with the computer. Thesystem, which requires a computer with 3D-Slicer software and Leap Motion(LM) device, allows through gestures made with the hands, to access the basic operations such as the movement between sections of a volume, to change the image size and the anatomical plane visualization; operations that are essential to the surgeon for the spatial location and decision making.

RESUMEN Durante los procedimientos quirúrgicos es importante que el personal (cirujanos, residentes o asistentes) interactúe con el paciente, evitando cualquier contacto físico con equipo y materiales que pudieron no ser esterilizados apropiadamente. Esto se hace con el fin de evitar al paciente infecciones y complicaciones posteriores a la cirugía. Con el aumento de la disponibilidad de imágenes diagnósticas esta herramienta se ha hecho cada vez más indispensable en los quirófanos, pero no siempre es posible mantener el control de asepsia de los equipos informáticos en los cuales se ejecutan los programas de visualización, factor que dificulta el acceso al personal asistencial a la información contenida en las imágenes. En este trabajo se presenta el desarrollo de un sistema que permite manipular un programa de visualización de imágenes diagnósticas mediante gestos evitando que el cirujano tenga contacto directo con la computadora. El sistema, que requiere una computadora con el software 3D-Slicery el dispositivo LeapMotion, permite mediante gestos realizados con las manos acceder a operaciones básicas como el movimiento entre cortes de un volumen, cambio del tamaño de la imagen y cambio del plano anatómico de visualización, operaciones que para el cirujano son esenciales para la ubicación espacial y la toma de decisiones.

Test and fabrication of piezoresistive sensors for contact pressure measurement

ABSTRACT The use of contact pressure sensors has become popular in various engineering disciplines in recent years. They are used in characterization of vehicle tires, bearings, wind tunnels, prosthesis design, ergonomic analysis among other areas. These sensors are fabricated with materials that have certain properties such as piezoelectricity, piezoresistance and variable capacitance; however, the most used characteristic is the piezoresistive effect. This paper describes the fabrication of three different sensors using piezoresistive materials. Furthermore, a comparative technical study including a commercial sensor as a benchmark is done with the aim of selecting a suitable material when measuring contact pressure. The repeatability and hysteresis of each sensor were evaluated in a response to load test realized several times. A time drift test with a dead load was also performed for evaluating stability. Materials such as piezoresistive fabric or ink show to be suitable for applications where deformation and flexible sensors are required, Velostat is the least accurate but suitable for basic applications and in which a high resolution is not needed. Finally, some recommendations are given regarding the type of material to be used in pressure sensors for engineering applications, particularly in the biomedical field.

RESUMEN El uso de sensores de presión de contacto se ha popularizado en diferentes disciplinas de la ingeniería en los últimos años. Se utilizan en la caracterización de llantas para vehículos, rodamientos, túneles de viento, diseño de prótesis, análisis ergonómicos, entre otras áreas. Estos sensores, son diseñados con materiales que poseen ciertas propiedades tales como piezoelectricidad, piezorresistencia y capacitancia variable; sin embargo, la característica más usada es la piezorresistencia. En este artículo se describe la fabricación de tres sensores de presión diferentes usando materiales piezorresistivos. Adicionalmente, se realizó un estudio técnico comparativo incluyendo un sensor comercial usado como punto de referencia con el fin de seleccionar el material idóneo para medir presión por contacto. La repetibilidad y la histéresis de cada sensor fueron evaluadas en una prueba de respuesta a la carga realizada varias veces. También se llevó a cabo una prueba de desviación en el tiempo para evaluar estabilidad de la medición de un peso muerto. Los materiales como la tela o tinta piezoresistiva muestran ser adecuados para aplicaciones en las que haya deformación y se necesite de sensores flexibles, el Velostat es el menos preciso pero adecuado para aplicaciones básicas y en las cuales no se necesite de mucha resolución. Finalmente se presentan recomendaciones respecto al tipo de material que se debe utilizar en sensores de presión para diversas aplicaciones en ingeniería en general y en el campo biomédico en particular.

Application of Weibull analysis and artificial neural networks to predict the useful life of the vacuum packed soft cheese

ABSTRACT The objective of this work was to evaluate the capability of artificial neural networks (ANN) to predict shelf life and the acidity on vacuum packed fresh cheese. First, cheese samples, of 200 g per unit, were prepared; then these samples were stored for 2 to 4 days at temperatures of 4, 10 and 16 ° C and relative humidity of 67.5%. Throughout the storage, the acidity (AC) and sensorial acceptability were determined; this acceptability was used to determine the Shelf life time (SLT) by modified Weibull sensory risk method. A set of artificial neural networks (ANN) was created and trained; temperatures (T), maturation time (M) and failure possibility (F(x)) were used as inputs and SLT and AC as outputs. From this set, the networks with the lowest mean squared error (MSE) and best fit (R2) were selected. These networks showed correlation coefficients (R2) of 0.9996 and 0.6897 for SLT and AC respectively, and good accuracy compared with regression models. It is shown that the ANN can be used to adequately model the SLT and, to a lesser degree, the AC of vacuum-packed fresh cheeses.

RESUMEN El objetivo de este trabajo fue evaluar la capacidad de las redes neuronales artificiales (RNA) para predecir la vida útil y la acidez en el queso fresco envasado al vacío. En primer lugar, se prepararon muestras de queso de 200 g por unidad. Luego estas muestras se almacenaron en un intervalo de 2 a 4 días a temperaturas de 4, 10 y 16 ◦ C y humedad relativa del 67,5%. A lo largo del almacenamiento se determinaron la acidez (AC) y la aceptabilidad sensorial. Esta aceptabilidad se utilizó para determinar el tiempo de vida útil (TVU) por el método de riesgo sensorial Weibull modificado. Se creó y entrenó un conjunto de redes neuronales artificiales (RNA); como entradas se utilizaron la temperatura (T), tiempo de maduración (M) y posibilidad de fallo (F (x)) y TVU y AC como salidas. A partir de este conjunto, se seleccionaron las redes con el menor error cuadrático medio (ECM) y el mejor ajuste (R2). Estas redes mostraron coeficientes de correlación (R2) de 0,9996 y 0,6897 para TVU y AC respectivamente y buena precisión en comparación con modelos de regresión. Se muestra que la RNA puede usarse para modelar adecuadamente TVU y en menor grado AC de quesos frescos envasados al vacío.

The impact of IT-enhanced organizational learning on performance: evidence from Chile

ABSTRACT The link between information technology (IT) and organizational learning has been an important subject of study since the early 1990s. However, it is still not clear whether or not IT-enhanced organizational learning positively influences organizational performance. In this paper, we posit that the impact of IT on the performance of firms will differ depending on the main usage of the IT system: for exploration or for exploitation. Based on data of Chilean organizations, we found that there exists a positive impact of using IT for exploitation on organizational performance; and that the use of IT for exploration has a positive impact on organizational change.

RESUMEN La relación entre tecnologías de la información (TI) y aprendizaje organizacional ha sido un importante objeto de estudio desde principios de los años 1990. Sin embargo, todavía no está claro si el aprendizaje organizacional basado en TI influye positivamente en el desempeño organizacional. En este trabajo postulamos que el impacto de las TI en el desempeño de las firmas dependerá del uso principal de los sistemas de TI: según sea para explotación o para exploración. A partir de datos recolectados en organizaciones chilenas, encontramos que el uso de TI para explotación impacta positivamente en el desempeño de la organización, y que el uso de TI para exploración impacta positivamente en el cambio organizacional.

Thermal behavior of alternative materials used as roof and efficiency of the reflective painting on the external face

ABSTRACT This study was developed in order to compare the thermal behavior of different types of roofs by measuring the External Surface Temperature (EST) and the Internal Surface Temperature (IST) over the days. The experimental design was completely randomized, with five treatments: AC - Asbestos cement tiles, BA -Bamboo tiles, BAP - Bamboo tiles painted in white, FB -Vegetable fiber tiles and bitumen, FBP -Vegetable fiber tiles and bitumen painted in white, with 15 repetitions, being adopted as repetitions the days of measurement. The temperature of the internal and external roofing surfaces was collected at 8:00am, 10:00am, 12:00pm, 2:00 pm, 4:00 pm and 6:00 pm. Data were analyzed by SISVAR 5.1® program through the analysis of variance and Skott Knott test for comparison of means, significance level at 1%. The FB coverage showed the worst thermal performance compared to other types of coverage, with the best results observed in BAP coverage.

RESUMEN El estudio se realizo con el fin de comparar el comportamiento térmico de los diferentes tipos de tejas mediante la medición de la temperatura de la superficie externa (EST) y La temperatura de La superficie interna (IST) durante el día. El diseño experimental fue completamente al azar, compuesto por 5 tratamientos:AC- Asbesto Cemento; BA-Bambú; BAP- Bambú Pintado de Blanco; FB- fibra vegetal y betún; FBP- fibra vegetal y betún pintado de Blanco, con 15 repeticiones, siendo considerados como repeticiones los días de medición. Fueron registradas las temperaturas de la superficie interior y de La superficie exterior de las tejas, a las 8:00am, 10:00am, 12:00pm, 2:00pm, 4:00pm y 6:00pm. Los datos fueron analizados por el programa SISVAR 5.1®, mediante el análisis de varianza y La prueba de Scott Knott para La comparación de medias, el nivel de significación del 1%.FB tuvo el peor desempeño térmico cuando se compara con las otras tejas, con mejor resultado para BAP.

One-dimensional experimental study of rainfall infiltration into unsaturated soil

ABSTRACT This paper presents experimental results obtained from tests on unsaturated soil in one-dimensional columns simulating a rainfall infiltration process. Six columns composed of compacted Silty Sand were prepared to study the effects of the initial water content and rainfall intensity on the downward infiltration process. The advance of the water front was monitored using sensors to measure pore water pressure and volumetric water content installed at different locations along the height of the Silty Sand column. The test results show that the lag time, defined as the time difference from the beginning of the test to a sudden increase in the volumetric water content readings, was influenced by the soil initial water content and rainfall intensity; it is observed that the lag time is shorter at higher initial water contents and greater rainfall intensities. The results provide insights to understand the hydraulic behavior of unsaturated slopes and embankments exposed to rainfall infiltration.

RESUMEN En este artículo se presentan los resultados experimentales obtenidos a partir de ensayos en suelo parcialmente saturado en columnas unidimensionales, simulando un proceso de infiltración de lluvia. Se prepararon seis columnas de arena limosa compactada para estudiar los efectos del contenido inicial de agua y de la intensidad de la lluvia en el proceso de infiltración descendente. El avance del agua fue monitoreado usando sensores para medir la presión de poros y de contenido volumétrico de agua instalados a diferentes alturas de la columna de arena limosa. Los resultados de los ensayos muestran que el tiempo de retraso, definido como la diferencia de tiempo desde el inicio del ensayo hasta el aumento súbito en las lecturas del contenido volumétrico de agua, fue influenciado por el contenido inicial de agua en el suelo y la intensidad de la lluvia; se observa que el tiempo de retraso es más corto a mayores contenidos iniciales de agua y mayores intensidades de lluvia. Estos resultados proveen información para comprender el comportamiento hidráulico de taludes y terraplenes parcialmente saturados expuestos a la infiltración de lluvias.

NGL supersonic separator:modeling, improvement, and validation and adjustment of k-epsilon RNG modified for swirl flow turbulence model

ABSTRACT The processing of natural gas requires the implementation of new technologies in a context of increasing demand around the world. The natural gas liquids (NGL) separation using supersonic devices is a novel and efficient way to reduce volume of installed equipment and operation costs using the effects of highly turbulent and circular flows. This research implemented Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling to improve the efficiency of typical NGL recovery process using the supersonic approach. In this research, a novel turbulence modeling approach was implemented aiming to minimize the processing time, and the results obtained were validated with experimental data available. This research is based on the model called k-epsilon RNG modified for swirl flow; this model has not been used and validated previously in highly compressible, turbulent and circular flow systems. The efficiency of the process was improved by 11% in comparison to the efficiency reported in past studies, and the processing time for the modeling was reduced by 40%with the proposed and adjusted turbulence approach. During the validation of the model k-epsilon RNG modified for swirl flow the swirl factor, part of the turbulence model, was adjusted to an optimum value for compressible, turbulent and circular flow systems involved in supersonic NGL separation process, allowing accurate results to be obtained with lower processing time than with other typical and common approaches as RSM and LES.

RESUMEN El procesamiento de gas natural requiere la aplicación de nuevas tecnologías en un contexto de aumento de la demanda en todo el mundo. La separación de líquidos de gas natural (LGN) utilizando dispositivos supersónicos, es una novedosa y eficiente manera de reducir el volumen de equipos instalados y costos, utilizando los efectos de los flujos circulares altamente turbulentos. En estainvestigación se implementa dinámica computacional de fluidos (CFD) para mejorar la eficiencia del proceso típico de recuperación de LGN utilizando el enfoque supersónico. También se puso en práctica un nuevo enfoque de modelado de la turbulencia con el objetivo de minimizar el tiempo de procesamiento, los resultados obtenidos fueron validados con datos experimentales disponibles. Esta investigación se basa en el modelo llamado k-épsilon RNG modificado para flujo remolino; este modelo no se ha utilizado ni validado antes en sistemas de flujo altamente compresibles, turbulentos y circulares. La eficiencia del proceso fue mejorada en un 11% en comparación con la eficiencia reportada en investigaciones previas, y el tiempo de procesamiento para el modelado redujo 40% con el enfoque turbulencia propuesto y ajustado. Durante la validación del modelo k-épsilon RNG modificado para flujo remolino el factor de remolino, parte del modelo de turbulencia, se ajustó a un valor óptimo para sistemas de flujo compresibles, turbulentos y circulares que participan en procesos de separación de NGL supersónico, lo que permite obtener resultados más precisos y con un menor tiempo de procesamiento en comparación con otros enfoques típicos y comunes como RSM y LES.