Envíos recientes

Grupo de Investigación y Desarrollo en Electrónica y Telecomunicaciones – GIDET

|

Design of a Resilient and Eco-friendly Microgrid for a Commercial Building

Sepúlveda, Sergio | 2021-01-01

Los desastres naturales recientes, como los huracanes Harvey y María, han causado una gran interrupción en la red eléctrica. Por otra parte, las autoridades gubernamentales se han fijado metas ambiciosas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Por lo tanto, existe un interés creciente en hacer que los sistemas de energía eléctrica sean más resilientes y con un impacto mínimo al medio ambiente. En este trabajo, se utilizó el software HOMER Grid para modelar microrredes que se contienen sistemas fotovoltaicos, baterías de ión-litio, generadores de gas natural y la carga eléctrica de un edificio de oficinas que consume un promedio de 2 MWh por día. Se modificaron los tamaños de los componentes para determinar la configuración con el generador más pequeño que pudiera suministrar energía durante un corte de energía de dos días en verano. Se realizaron análisis ambientales y económicos para mostrar las diferencias entre los diferentes objetivos de diseño del sistema. Los resultados indican que la instalación de una microrred en un edificio de oficinas con un arreglo fotovoltaico de 600 kW y una batería de ión-litio de 2.8 MWh puede evitar la emisión de hasta 287 toneladas de CO2 por año. La misma configuración de microrred puede soportar un apagón de dos días durante la mayor demanda eléctrica en la temporada de huracanes sin la necesidad de un generador de respaldo. Las microrredes jugarán un papel importante en la transición a una red inteligente porque proporcionan energía confiable, hacen que el sistema sea más tolerante a fallas de la red y permiten una alta penetración de energía renovable en la red eléctrica, lo que en consecuencia reduce el impacto ambiental.

Teaching the concept of the uniform plane wave from mathematical modeling

Medina Delgado, Byron | 2021-06-10

The discovery of electromagnetic waves enabled us to understand electricity, magnetism, and optics under the same field; therefore, it is important for electronic and related engineers to understand the concept of the uniform plane wave, which represents the simplest case of an electromagnetic wave propagating through a medium. However, this concept is taught with a theoretical approach, shows a need for a methodological change towards experimentation to mitigate poor learning in students causing a high failure rate in electromagnetism courses. In this context, this work presents a methodological alternative for teaching the concept of the uniform plane wave, combining the CUVIMA model with the didactics of mathematical modelling, to link experimentation and provide cognitive support to the conceptualization of the physical phenomenon. For it, a single-group design is implemented, with pre-test and post-test, to know about previous ideas and identify the conceptual change achieved for the students. When applying the Student's t-test at a significance level of 5%, a significant difference is evident between the means of the study groups. It is concluded that there is a favorable and representative conceptual change in the students, with respect to the understanding of the physical phenomenon represented by the concept of the uniform plane wave.

Smart PV Inverter Cyberattack Detection Using Hardware-in-the-Loop Test Facility

Kaewnukultorn, Thunchanok | 2023-08-23

This paper evaluates residential smart photovoltaic (PV) inverters’ responses to cyberattacks and assesses the performance of an intrusion detection strategy for smart grid devices by comparing timeseries power flow results from a simulation application called Faster Than Real-Time (FTRT) Simulator to measurements from a Power Hardware-in-the-Loop (P-HIL) laboratory as a testbed. Twenty different cyberattacks from three classes - Denial of Service (DoS), Intermittent attack, and Modification - were designed and tested with grid-tied smart inverters in order to study the inverters’ responses to malicious activities. The intrusion detection strategy was developed using a comparison between the predicted PV power output from FTRT and the power flows measured from P-HIL laboratory through the API interface. Real and reactive power thresholds were assigned based on a number of repeated experiments to ensure the applicability of the thresholds. The results showed that inverters from different manufacturers have their own unique responses which could be detected by the power flow measurements. Our detection method could identify over 94% of actual malicious actions and 7.4% of no-attack hours are detected as false positives. Out of 38 under-attack hours, 2 undetected hours are due to the intermittent attacks. Different attacks can be detected based on the targeted components of the complex power that attackers are aiming to cause disturbances. Our findings additionally show that DoS can be noticed immediately after the devices have been sabotaged, and they can be detected from the active power analysis. However, modification attack detection will depend more on the reactive power measurements, while intermittent attacks remain the most challenging for the proposed detection method since the objective of intermittent attacks is to create an oscillation of the complex power components which need a relatively high time resolution for the measurement.

A Modified Radiopropagation Multipath Model for Constant Refractivity Gradient Profiles

Parada Rozo, Diego Andres | 2023-06

This paper presents a radiopropagation algorithm based on a Ray Tracing (RT) technique that combines a modified multipath model for constant refractivity gradient profiles and the Uniform Theory of Diffraction (UTD). A novel formulation is proposed by the authors for calculation and ground-reflection analysis of ray paths depending on atmospheric refractivity. The algorithm introduced herein was evaluated in a mixed scenario and in two more realistic case studies, under conditions of constant refractivity gradient and lossy terrain profiles. Pathloss results are obtained and compared with Parabolic Equation (PE) numerical solution results at 2.0 GHz, 3.5 GHz and 5.4 GHz. In such conditions, the modified radiopropagation multipath algorithm with atmospheric refractivity introduced herein showed satisfactory results.

Leachate Treatment via TiO2/UV Heterogeneous Photocatalysis: A Multiple Polynomial Regression Model

Becerra Moreno, Dorance | 2023-12-13

Advanced oxidation processes such as TiO2/UV heterogeneous photocatalysis are suitable treatment methods for wastewater with high pollutant loads such as landfill leachates. Optimizing the variables that influence the process is a fundamental aspect. However, in this regard, experimental conditions are limited in terms of resources and time, which is why modeling allows obtaining a general understanding of the phenomenon from a set of experimental data. This work sought to model the photocatalytic process via multivariate polynomial regression, considering variables such as the catalyst concentration, the pH level, and the accumulated energy concerning the percentage of degradation in terms of dissolved organic carbon (DOC). The implemented fitting method resulted in a third-degree polynomial with an R2 of 0,8652, concluding that the model and its conclusions are valid. Moreover, with greater degrees, the model curve overfitted, even with better R2. DOC abatement showed a negative correlation with pH and the catalyst dose, while an opposite trend was observed for the accumulated energy. The model predictions allow inferring that, at low catalyst doses and medium and high pH levels, it is possible to find maximum degradations at low cumulative energies

Analysis of linear and non-linear effects in the frequency domain for a three-channel optical transmission system

Galvis-Velandia, J E | 2021-08-26

This paper presents the analysis of a wavelength division multiplexer communication system in the frequency domain, with the objective of visualizing the incidence of the linear phenomena of attenuation and chromatic dispersion, together with the phenomenon of phase self-modulation, the Kerr electro-optical effect and fourth wave mixing. The analyzed system consists of a laser transmitter with a Mach-Zender modulator and a standard G.625b single-mode fiber link transmitting three optical signals of 10 mW, 25 mW and 50 mW at a fundamental wavelength of 1550 nm at a rate of 10 Gbps. This system is analyzed through a graphical user interface programmed by the authors in the Python environment, which calculates the parameters corresponding to each phenomenon and graphically represents the transmission results at distances of 50 km and 100 km. The analysis methodology consists of varying the spectral separation of the transmitted channels, initially considering a spectral separation of 2 nm and subsequently a spectral separation of 0.2 nm, observing as a result that the harmonics generated by the fourth wave mixing phenomenon considerably alter the spectral density of the transmitted signals, since the energy of the harmonics is equal to the power of the transmitted signals. On the other hand, with the spectral spacing of 0.2 nm, it is obtained that, although the harmonics alter the spectral density waveform, the bandwidth is not compromised by these additional signals.

Computational tool for learning electrostatic physics through the development of a disruptive methodology

Ramírez Carvajal, Luis Eduardo | 2022-01-05

A computational tool for learning electrostatic physics is presented through the development of a disruptive methodology. The tool allows the analysis of case studies based on Coulomb’s law, Gauss’s law, Poisson’s equation, and Laplace’s equation with boundary value. The tool was tested using reference exercises for each case study, making use of quantitative and qualitative comparative analysis between the traditional mathematical development and the computational tool. Errors were measured using Likert scale. The quantitative results showed errors of less than 1.8% in all the cases studied, concluding that the tool is effective. The qualitative results showed that the methodology allows a better development of the electrostatics learning process, dynamizing the study of complex topics such as electromagnetic physics theories through interactivity and technological resources, in addition to having a theoretical module developed using agile methodologies that provide dynamism and an intuitive environment to the interface.

Determinación del ángulo de Inclinación óptimo del módulo fotovoltaico basado en medidas para la Ciudad de Cúcuta

Guevara, Dinael | 2020-02-02

Las tecnologías de energía solar fotovoltaica juegan un papel importante en el desarrollo sostenible de las ciudades, desde los procesos de las industrias o empresas, se lograr reducir el impacto ambiental negativo producido por la quema de combustibles fósiles y se obtienen beneficios económicos ya que su fuente de energía es el sol, un recurso ilimitado y gratuito. La incidencia de la radiación solar depende de las coordenadas geográficas del lugar, las condiciones climáticas y en gran parte de la posición de los módulos fotovoltaicos (MF), por lo tanto, la eficiencia de las tecnologías de energía solar fotovoltaica depende en gran parte de los ángulos de inclinación y azimut de los MF. Actualmente, se realizan investigaciones sobre los ángulos óptimos de los MF, encontrando que los análisis teóricos no siempre son los óptimos experimentalmente para lograr la mayor producción de energía de los MF; adicionalmente, no se han realizado investigaciones similares en la ciudad de Cúcuta, esto ocasiona que al instalar tecnologías fotovoltaicas en esta ciudad la posición de MF se establece teóricamente. Considerando lo anterior, esta investigación busca determinar los ángulos óptimos para los MF de las instalaciones fotovoltaicas en la ciudad de Cúcuta, evaluando la potencia generada en diferentes ángulos de varios MF y mejorar la eficiencia en las instalaciones futuras en empresas o residencias. Para desarrollar esta investigación se propone la siguiente metodología: como primer paso, recopilar información sobre investigaciones internacionales similares para realizar un estudio el estado del arte; como segundo paso, realizar estudios de la infraestructura física, posición geográfica y posición del solar en la Universidad Francisco de Paula Santander para determinar por simulación el azimuth y ángulo de inclinación óptimo para instalar los PF, cada uno con diferentes ángulos de inclinación (de 0° a 16°); como segundo paso, instalar los PF y el sistema de medición en la UFPS para recopilar información por un periodo de doce meses; como tercer paso, realizar la simulación de la energía producida del sistema instalado; después, analizar los datos del sistema de medición para determinar la inclinación óptima de los PF y por último comparar los resultados obtenidos en el experimento con los simulados.

Monitoreo y seguimiento al cumplimiento de medidas de prevención de contagios por Sars-Cov-2 usando herramientas de aprendizaje computacional y procesamiento de señales

Medina Delgado, Byron | 2021-08-25

La propuesta de investigación tiene como finalidad monitorear y vigilar el cumplimiento de las medidas de autocuidado y prevención de transmisión de enfermedades respiratorias como la COVID-19 por medio del distanciamiento social, uso de mascarilla y medición de la temperatura corporal mediante técnicas de procesamiento digital de señales y aprendizaje máquina. El proyecto plantea el uso de algoritmos de procesamiento, transformación y manipulación de señales orientados a la sustracción con modelos de segmentación de fondo y métodos de moralización con adición de filtros gaussianos, operaciones morfológicas, umbralización y búsqueda de contornos adicionados con tecnologías de aprendizaje por computador para la extracción y compresión de información en imágenes de video, así verificar y determinar si las personas que circundan por el espacio público portan elementos de bioseguridad. En adición, la investigación genera un conjunto de imágenes etiquetadas y clasificadas para el entrenamiento, pruebas y validación. Los procesos de procesamiento y aprendizaje computacional se realizan en el sistema embebido Raspberry Pi mediante lenguaje de programación Python. La investigación requiere la caracterización de la zona de ubicación para determinar la altura y ángulo de inclinación del dispositivo de captura de video y obtención de imágenes para su posterior captura, almacenamiento por medio de gestores de bases de datos en la nube, tratamiento y aplicación de técnicas de procesamiento de señales y aprendizaje máquina mediante la Raspberry Pi y Python, además de la medición de niveles de temperatura corporal y final evaluación de los métodos desarrollados.

Delay spread estimation using a game engine ray based model in indoor scenario at 5 GHz

Navarro, Andrés | 2016-03

In this paper we show the results of a simulation of channel parameters using a Game Engine Ray based tool, developed by our group, which has been evolving during last few years. We show simulation results and compare it with a set of measurements for an indoor scenario, in the band of 5.4 GHz. We found a good match between the rays based tool and measurements for Delay Spread. Also, we show the use of an Open Source 3D modelling tool for the scenario building, showing the flexibility of the XML description language for this kind of scenarios.

Supervisión y control industrial a través de teléfonos inteligentes usando un computador de placa única Raspberry Pi

Castro, Sergio A. | 2016-04

El artículo presenta el desarrollo e implementación de una aplicación para teléfonos inteligentes, que supervisa y controla un proceso industrial a través del sistema embebido Raspberry, conectado a Internet mediante el protocolo de intérprete de órdenes seguras. El sistema integra las ventajas de la instrumentación virtual y la movilidad, con el objetivo de mejorar los procesos de producción y la competitividad de las empresas. La aplicación fue elaborada con la metodología para el desarrollo de aplicaciones móviles, que contempla las fases de análisis, diseño, desarrollo, pruebas de funcionamiento y entrega. Además, la aplicación fue utilizada en una planta piloto para verificar su correcto funcionamiento y rendimiento en un entorno real para evaluar su usabilidad. Se concluye que la aplicación tiene potencial de éxito para ser implementada a gran escala, siendo de fácil manipulación, atractiva y eficiente.

Energy conservation for refrigeration systems by means of hybrid fuzzy adaptive control techniques

BANDARRA FILHO, ENIO PEDONE | 2016-04-16

Most vapour compression refrigeration systems still operate under on–off control, although it is well known that the application of any other control method could result in improved COP. For that purpose, the present paper experimentally studies the use of adaptive fuzzy hybrid control and design of experiments techniques, as well as the application of the response surface methodology, in a 5-ton vapour compression system with a variable speed compressor and an electronic expansion valve. Evaporation temperature and evaporator overall conductance were found to be the most relevant input parameters to the fuzzy hybrid control system, where the optimal trajectory was sought without taking into account the elapsed time. Results have shown that the knowledge of the most relevant parameter of the system allowed for the control system to seek high COP zones. It has been found that this type of technique does not jeopardize the control performance, which remains robust.

Indoor propagation using a game engine ray-based model in indoor scenario at 5.4GHz

Gomez Rojas, Jorge | 2016-07-07

The results of a simulation of signal propagation strength in indoor environment using a game engine ray-based tool and use of an open source 3D modeling tool for scenario building are presented in this paper, showing the flexibility of the XML description language for this kind of scenario. We show simulation results and compare them with an extensive set of measurements for an indoor scenario with multiple materials in the 5.4GHz band, obtaining a good match between the raybased tool and measurements of received power. We found also that constitutive parameters have an important effect on the simulation results and made some small adjustments to improve results.

Modelado de los fenómenos no lineales generados por el efecto electro-óptico kerr en una transmisión por fibra óptica

| 2016-05-19

En este artículo se presenta un estudio, simulación y evaluación de los fenómenos ópticos no lineales auto-modulación de fase (SPM), modulación de fase cruzada (XPM) y mezcla de cuatro ondas (FWM), presentes en una comunicación por fibra óptica, y generados por el efecto electro-óptico Keer. Para ello se realiza el modelado de los fenómenos no lineales en la herramienta computacional Matlab, para determinar las degradaciones producidas en la transmisión de información, operando a 10 Gbps, con multiplexación por división de longitud de onda (WDM) y con potencias de entrada de 20 mW, 40 mW y 60 mW, para un enlace de fibra óptica de 10 Km, 30 Km y 50 Km. En los resultados se evidencio que la incidencia de estos fenómenos no lineales es directamente proporcional a la potencia óptica que adquiere la señal a la entrada del canal.

Sistema de control domótico de bajo costo: un respaldo a la generación ecológica de energía eléctrica en Colombia

Parada Prieto, Elmer Alejandro | 2016-07-01

Contexto/objetivo: En Colombia, el consumo de energía eléctrica residencial representa aproximadamente el 40 % de la demanda nacional, por lo tanto es relevante incursionar en alternativas que reduzcan este consumo. El objetivo de este trabajo fue elaborar un prototipo domótico de control de luminarias de una vivienda para el uso eficiente de la energía. Método: El sistema consta de módulos de control autónomos y un módulo gestor de información; el módulo de control regula las luminarias usando un microcontrolador y un sensor de presencia, e intercambia datos a través de un transceptor de radio frecuencia; el módulo gestor permite el acceso a los módulos de control mediante una interfaz Web. El prototipo fue implementado en una vivienda en la ciudad de San José de Cúcuta, Colombia, por un periodo de sesenta días. Resultados: La aplicación del sistema disminuyó el consumo total de la vivienda en un 3,75 %, con una unidad tipificada de -1,93 obtenida del análisis estadístico. Conclusiones: Se concluye que el prototipo es de bajo costo en comparación con tecnologías similares disponibles en los mercados nacional e internacional, y que reduce el desperdicio de energía eléctrica producto de los hábitos de consumo de los residentes de la vivienda del caso de estudio.

Control adaptativo para optimizar una intersección semafórica basado en un sistema embebido

Celis-Peñaranda, Jose M | 2016-11-22

In order to optimize the traffic flow on a road intersection, an adaptive control algorithm and a data base were designed; both components were hosted on a Raspberry Pi B+ embedded system. The data base helps to debug the performance of the controller. The efficiency of the algorithm was assessed using a virtual instrument, which emulated a traffic light intersection in the city of Cucuta, i. e., the magnetorresistive sensors, the activation process of the traffic lights and the traffic flow. By processing and updating the times assigned to the traffic lights, the traffic flow was increased up to 5.5 % and the maximum time a vehicle has to wait before passing through the traffic light was decreased up to 28 seconds. Aditionally the length of line was diminished up to 18 %. Based on this case study, it can be inferred that is possible to integrate the adaptive control and the embedded systems as software and hardware tools to improve the operation of traffic control systems.

Comparison of performance between a native app and a mobile web application for monitoring a photovoltaic system

Sánchez Santana, Sharon D. | 2016-12-01

A native Android application and a multi-platform web application to monitor solar radiation and the output power of a photovoltaic system were developed, in order to establish which is more efficient using the mobile device resources. The methodology for Mobile Application Development [MAD] was adopted and free software tools –Android Studio and HTML5– were used. CPU consumption, response time in sending data and memory usage for the execution of the appli-cations, were compared; also, the user experience was evaluated through the 6Ms survey. The transfer time of a data from the server to the mobile application executed in Chrome was 0.887 seconds, the native application transfers a data in 0.853 seconds –both times are within the acceptable ranges, since the acquisition system stores one data every 5 minutes; the ave-rage memory usage was 182 Mb for executing the application in the Chrome browser, while the native application achieved a reduction of 65%, therefore it can be concluded that the native application requires less memory usage for its execution.

Sistema para evaluar la confiabilidad de equipos críticos en el sector industrial

Medina Delgado, Byron | 2017-08

Se propone una herramienta para evaluar la confiabilidad de equipos críticos, con el objetivo de brindar criterios para mejorar la toma de decisiones en el mantenimiento. La herramienta primero jerarquiza los activos a través de un análisis de criticidad, identificando los equipos en función de los siguiente factores: i) su operación y producción; ii) frecuencia, costo y tiempo de reparación de las fallas; y iii) el impacto en la seguridad y salud del operador. A los equipos críticos se les construye un catálogo de fallas, mediante el uso de la metodología de análisis del modo y efecto de la falla, creando un registro confiable. Con estos datos se analiza y modela la confiabilidad de los equipos utilizando las distribuciones de Weibull, Log Normal y Normal, para determinar el tiempo medio entre fallas. La herramienta se probó en una industria transformadora de plástico, dando como resultados la identificación de la extrusora como el equipo más crítico. También se confecciono el catálogo de fallas de varios equipos, y se calcula el tiempo medio entre fallas de forma automática y dinámica, a partir del historial de las fallas. Este procedimiento ofrece indicadores para tomar decisiones que eviten paradas no planificadas de los equipos.

Modelo acústico y de lenguaje del idioma español para el dialecto cucuteño, orientado al reconocimiento automático del habla

Celis Nuñez, Juan David | 2017-09-12

Contexto: El reconocimiento automático del habla requiere el desarrollo de modelos de lenguaje y modelos acusticos para los diferentes dialectos que existen. El objeto de esta investigacion es el entrenamiento de un modelo acustico, un modelo de lenguaje estadístico y un modelo de lenguaje gramatical para el idioma espahol, específicamente para el dialecto de la ciudad de San Jose de Ctucuta, Colombia, que pueda ser utilizado en un sistema de control por comandos. Lo anterior motivado por las deficiencias que presentan los modelos existentes para el idioma espadol, en el reconocimiento de la frecuencia fundamental y contenido espectral, el acento, la pronunciacioí n, el tono o simplemente al modelo de lenguaje de la variante dialectica de esta region. Metodo: Este proyecto utiliza el sistema embebido Raspberry Pi B+ con el sistema operativo Raspbian que es una distribucion de Linux y los softwares de codigo abierto CMU-Cambridge Statistical Language Modeling toolkit de la Universidad de Cambridge y CMU Sphinx de la Universidad Carnegie Mellon; los cuales se basan en los modelos ocultos de Markov para el caí lculo de los paraí metros de voz. Ademas, se utilizaron 1913 audios grabados por locutores de la ciudad de San Jose de Cicuta y el departamento de Norte de Santander para el entrenamiento y las pruebas del sistema de reconocimiento automaítico del habla. Resultados: Se obtuvo un modelo de lenguaje que consiste de dos archivos, uno de modelo de lenguaje estadístico (. lm), y uno de modelo gramatical (. jsgf). En relación con la parte acústica se entrenaron dos modelos, uno de ellos con una versión mejorada que obtuvo una tasa de acierto en el reconocimiento de comandos del 100 % en los datos de entrenamiento y de 83 % en las pruebas de audio. Por último, se elaboró un manual para la creación de los modelos acústicos y de lenguaje con el software CMU Sphinx. Conclusiones: El número de participantes en el proceso de entrenamiento de los modelos acústicos y de lenguaje influye significativamente en la calidad del procesamiento de voz del reconocedor. A fin de obtener una mejor respuesta del sistema de Reconocimiento Automático del Habla es importante usar un diccionario largo para la etapa de entrenamiento y un diccionario corto con las palabras de comando para la implementación del sistema. Teniendo en cuenta que en las pruebas de reconocimiento se obtuvo una tasa de éxito mayor al 80 % es posible usar los modelos creados en el desarrollo de un sistema de Reconocimiento Automático del Habla para una aplicación orientada a la asistencia de personas con discapacidad visual o incapacidad de movimiento

Experimentación de controladores digitales clásicos en un sistema embebido aplicado en un proceso térmico

MORENO GARCIA, FRANCISCO ERNESTO | 2018-01-08

Este proyecto de investigación muestra la implementación de controladores digitales clásicos dentro de un sistema embebido para controlar la temperatura de un sistema térmico. El sistema embebido seleccionado fue el computador de placa reducida Raspberry Pi 2 B+ junto con una tarjeta Arduino UNO. En la etapa de medición se desarrolló el hardware para transmitir los datos de la temperatura desde la termorresistencia PT-100 hacia la Raspberry Pi. Para la etapa de implementación computacional se desarrolló unalgoritmo para los diferentes controladores y con base en este, se programaron los controladores en Python 2.7. Para el actuador se diseñó una etapa de potencia que convierte el voltaje ac en un voltaje dc, a partir deuna señal PWM. Este voltaje dc se utiliza para alimentar una resistencia térmica que es la que se encarga de ejecutar la acción de control del sistema. Con la implementación de los tipos de controladores se realizó un análisis comparativo destacando las características más relevantes del sistema para cada tipo de controlador y permitiendo evaluar también el rendimiento de la Raspberry Pi. Con base en los resultados obtenidos en la ejecución del proyecto, se concluye la viabilidad paracontrolar sistemas térmicos bajo diferentes tipos de controladores embebidos en la Raspberry Pi y con la posibilidad de desarrollar estrategias de control inteligente para futuros proyectos, a través deherramientas de software y hardware libre.