Maestría en Ingeniería Electrónica

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Control de sistema fotovoltaico conectado a la red trifásica considerando inversor multinivel con diodos anclados al neutro
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Osorio Silva, Fausto; Barrero Perez, Jaime Guillermo; Mantilla Villalobos, María Alejandra
La incorporación de convertidores multinivel en la aplicación de sistemas fotovoltaicos conectados a la red, ha presentado cierto interés, esto debido a las bondades que presenta esta topología en la forma de onda de tensión en su salida. En el presente trabajo de investigación se analiza la operación del inversor NPC aplicado a sistemas fotovoltaicos conectados a la red bajo diferentes estrategias de control y modulación. En este trabajo se presenta el acoplamiento del sistema fotovoltaico completo, que va desde los módulos fotovoltaicos, un convertidor DC/DC para la adecuación de las señales de continua, un inversor NPC trifásico de tres niveles, un filtro de conexión a la red y las estrategias de control. En cuanto a las estrategias de control, se incorporó una técnica de extracción de máxima potencia que controla el convertidor DC/DC, se analizó el control del inversor NPC en diferentes marcos de referencia bajo diferentes técnicas de modulación, a su vez se contemplaron dos estrategias para la generación de las corrientes de referencia, estrategias para el control del desbalance de las tensiones en los condensadores del inversor y algoritmos para la sincronización del sistema con la red. El comportamiento del sistema es evaluado mediante simulaciones en el software especializado en electrónica de potencia y control PSIM®, mostrando el correcto funcionamiento de los controles empleados para la aplicación de inyección de potencia activa a
Deteccion precoz de cancer de cuello uterino basada en espectro de impedancia electrica
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Miranda Mercado, David Alejandro; Barrero Perez, Jaime Guillermo; Echeverri Perico, Jorge Humberto
Se presentan los resultados del estudio de detección temprana de cáncer de cuello basado en propiedades eléctricas del tejido epitelial. Esta investigación estudiar la correlación entre parámetros del espectro de impedancia eléctrica y neoplasia intraepitelial. En la toma de datos, se realizaron dos tipos de mediciones: In-Vivo, a pacientes sometidas a biopsia cervical y conizaciones, y Ex-Vivo, para pacientes sometidas a histerectomía. Éstas fueron realizadas en las instalaciones del Hospital Universitario de Santander y el Hospital de Floridablanca, bajo supervisión médica y con previa autorización de las pacientes. Las medidas fueron realizadas con el impedanciometro mono canal MARK III, desarrollado en Sheffield (UK), y una sonda tetrapolar previamente calibrada. Este dispositivo inyecta una corriente de 20A al tejido y mide la respuesta en voltaje del mismo. Cabe anotar que el MARK III cumple con las normas internacionales de seguridad eléctrica para el paciente, BS5724 e IEC601, incluidas en la norma Colombiana NTC-IEC 60601. Antes de realizar el estudio se determinó la zona de incidencia de la sonda de medición, utilizando elementos finitos para modelar el tejido epitelial estratificado de la cervix. Se encontró que la mayor parte de la corriente inyectada al tejido penetra en el mismo y el área superficial de la sonda (6mm de diámetro) encierra dicha región. Esto permite afirmar que los datos tomados en las mediciones pueden ser correlacionados con los estudios histopatológicos. Se seleccionaron los parámetros del modelo Cole-Cole para caracterizar propiedades eléctricas del tejido epitelial y correlacionarlas con estadios de neoplasia intraepitelial. Esta escogencia se basó en trabajos similares realizados por diferentes autores y a los contundentes resultados de estudios geofísicos reportados en la literatura. Para el ajuste de los datos al modelo de Cole-Cole y la determinación de los parámetros de éste se propuso un algoritmo basado en dos técnicas deterministicas y un algoritmo genético, que permiten obtener dichos valores a partir de sólo la parte real del espectro de impedancia eléctrica. El análisis de varianza, ANOVA, aplicado a los datos, reveló una marcada correlación (p<0.025) entre estadios de neoplasia intraepitelial y los parámetros del modelo Cole-Cole. Además, la aplicación de una red neuronal artificial permitió hacer una evaluación preliminar de la aplicabilidad de los parámetros del modelo Cole-Cole como técnica para el tamizaje. Ésta mostró un 7% de falsos positivos, 0% de falsos negativos y 93% de pacientes con algún tipo de neoplasia intraepitelial o carcinoma invasor (LSIL, HSIL o CAI), lo cual sugiere que el algoritmo propuesto puede ser utilizado para el tamizaje de neoplasia intraepitelial.
Diagnóstico de fallos en motores térmicos alternativos mediante el análisis de las fluctuaciones de la velocidad angular
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Higuera Portilla, Jorge Eduardo; Barrero Perez, Jaime Guillermo; Chacon Velasco, Jorge Luis
Este proyecto pretende implementar una metodología rápida de diagnóstico en motores de combustión interna que propicie la innovación y el desarrollo de nuevas técnicas de análisis de tipo no invasivo para detectar fallos de combustión y compresión mediante la medición de las variaciones de la velocidad angular. El desarrollo de esta técnica permite efectuar un diagnóstico preeliminar evitando gastos adicionales en la metodología de inspección y mantenimiento especialmente en el área del transporte urbano de pasajeros, el cual es uno de los sectores económicas que actualmente requiere de políticas de innovación y mejoramiento en la calidad de servicio debido a una deficiencia en la implementación de programas adecuados de mantenimiento predictivo. Esta metodología de investigación puede tener aplicación práctica en la industria automotriz beneficiando el desarrollo tecnológico regional y nacional, fomentando la investigación interdisciplinaria en la Universidad Industrial de Santander.
Diseno de un prototipo para la medicion de espesores usando ultrasonido
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Forero Garcia, Edwin Francisco; Barrero Perez, Jaime Guillermo
En esta tesis describe y documenta el diseño y construcción de un sistema para la medición de espesores usando ultrasonido. El sistema esta basado en un microcontrolador que gobierna, con la velocidad necesaria, la excitación y la recepción de las ondas ultrasónicas para tres cristales de 1, 2.25 y 5 Mhz. El sistema permite que la lógica electrónica sea capaz de recibir tanto el pulso inicial que se aplica al cristal, el cual tiene una duración entre 100nS y 1000nS, y una amplitud de hasta 150 Vdc, como los ecos de la señal que pueden aparecer atenuados hasta 10000 veces (-80 dB). El sistema cuenta además con, una interfase que permite la visualización de la medida así como también la configuración y calibración del equipo mediante un teclado. Proporciona además un puerto de salida serial que permite la comunicación con un computador personal donde se realiza procesamiento de la señal para determinar el espesor.
Diseño e implementación de un prototipo de contador electrónico digital trifásico de energía eléctrica para control y monitorización remota
(Universidad Industrial de Santander, 2010) González Sua, Gabriel Eduardo; Ordonez Plata, Gabriel; Barrero Perez, Jaime Guillermo
La medición de la potencia y la energía eléctrica y es fundamental para que exista claridad entre las compañías distribuidoras de energía y sus clientes, pero a raíz de cambios importantes en los sistemas eléctricos, en muchos sitios las formas de onda de tensión y corriente se encuentren distorsionadas debido a la aparición de componentes armónicas y al desbalance de las cargas. Por ello en este trabajo se plantea la elaboración del prototipo de un contador trifásico electrónico digital de energía eléctrica utilizando procesadores digitales de señales (DSPs), el cual obtiene las cantidades de potencia y energía eléctrica a partir de las señales de tensión y corriente, que son adquiridas mediante conversores analógicos digitales; para luego ser procesadas digitalmente. Para la realización de estos cálculos se revisaron tres formulaciones, optando por la realización las recomendaciones del estándar IEEE 1459-2000, en el cual se formulan algunas técnicas para la obtención de parámetros metrológicos relacionados con potencia y energía eléctrica. El equipo desarrollado cuenta con tres tarjetas principales: una fuente, para energizar el sistema, una tarjeta de control y procesado y una tarjeta de adquisición que es la encargada de obtener las formas de onda del sistema trifásico. Con estos componentes, este prototipo está en capacidad de estimar la energía eléctrica teniendo en cuenta los diversos escenarios que se pueden presentar en los sistemas de distribución de energía eléctrica actuales; como es la presencia de armónicos y cargas no balanceadas, con el propósito de proponer una solución a los problemas existentes en la medición de potencia y energía eléctrica.
Diseño y simulación de un controlador multivariable predictivo aplicado a un horno de calentamiento de crudo
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Gómez Ortega, Mayra Alejandra; Correa Cely, Carlos Rodrigo; Agudelo Gomez, Carlos Fernando; Barrero Perez, Jaime Guillermo
El presente trabajo de investigación propone una estrategia MPC diseñada y sintonizada a partir de una simulación dinámica rigurosa para ser aplicada a un horno de calentamiento de Crudo. El objetivo operacional del horno es calentar la carga; por consiguiente, la eficiencia de la operación resulta al maximizar la transferencia de calor hacia el fluido de proceso, es decir, al incrementar la temperatura para un consumo dado de combustible. El objeto del esquema de balanceo de pasos propuesto es mantener el caudal total al horno, asegurar que el exceso de oxígeno, las temperaturas y las válvulas de flujo y presión de gas combustible permanezcan dentro de los límites, y variar la distribución de flujo en los pasos (cuidando los límites del diferencial de flujo) para balancear las temperaturas de salida (diferencia de temperaturas entre los pasos igual a cero). La simulación dinámica rigurosa del proceso integrada con el controlador predictivo permitió orientar la configuración del proceso para garantizar un punto óptimo de operación (la optimización implica el mejor valor de la función objetivo) que satisface los límites establecidos. La técnica de control predictivo generó un beneficio adicional al obtenido con una mejor práctica operativa, porque la solución al problema de optimización establece una disminución de la variabilidad en las variables de restricción activa que permite operar contra los límites. Este trabajo de investigación es el resultado de la cooperación entre el grupo de investigación CEMOS adscrito a la Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones y el grupo de Automatización de ECOPETROL ŒICP.
Instrumentación electroquímica : fundamentación teórica para la construcción de prototipos para el laboratorio de corrosión de la escuela de ingeniería metalúrgica
(Universidad Industrial de Santander, 2009) Amaya Palacio, José Alejandro; Barrero Perez, Jaime Guillermo; Vasquez Quintero, Custodio
Las actuales circunstancias motivan a la Universidad a aplicar políticas de sustitución de importaciones y estrategias para minimizar el costo de equipos, de su mantenimiento y su reparación. De común acuerdo las escuelas de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones (E3T) y de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales (EIMCM), están desarrollando actualmente un proyecto para la construcción de equipos UIS, que permitan realizar actividades de laboratorios y de investigación que puedan ser revisados y reparados in situ. El presente informe expone el proceso seguido para el diseño y construcción de prototipos para ser implementados en el laboratorio de corrosión de la EIMCM, se han denominado Sistema Potenciostato Œ Galvanostato Autónomo (SPGA), Medidor de Resistividad de Suelos (MRS) y Medidor de Impedancia Electroquímica (MIE). Un Medidor de Impedancia Electroquímica se define como un equipo que permite realizar pruebas electroquímicas en corriente alterna con propósitos de valorar la corrosión en un material. Para esto, suministra una diferencia de potencial controlada a diferentes valores de frecuencia y adquiere el valor de la corriente que circula a través de la celda electroquímica. Un Medidor de Resistividad de Suelos es un dispositivo que permite inyectar una señal de tensión al terreno y medir el valor de la corriente resultante, de esta forma calcular la resistencia y resistividad del suelo. Finalmente, un Sistema Potenciostato Œ Galvanostato Autónomo se describe como un equipo que puede suministrar una variable eléctrica fija ó controlada (Tensión ó Corriente) y medir la respuesta correspondiente (Corriente ó Tensión) con el fin de realizar pruebas de corrosión.
Integración del conmutador inteligente de potencia y la sub-medición por circuito en la red de área doméstica del sistema de gestión del hogar inteligente
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Rueda Vasquez, Luis Fernando; Barrero Perez, Jaime Guillermo; Duarte Gualdron, Cesar Antonio
La creciente demanda energética del mundo y su influencia en el calentamiento global hace necesaria la búsqueda de herramientas que permitan mitigar los efectos negativos del sector energético en el medio ambiente. Así mismo, el sector residencial en Colombia muestra un alto porcentaje de influencia en la demanda del país, presentando posibilidades de desarrollo en materia de gestión y ahorro energético. Este documento presenta la implementación de un sistema de gestión que permite modificar la conexión entre diferentes fuentes de energía (convencionales y renovables no convencionales) y los circuitos ramales de un hogar inteligente por medio del uso de un Conmutador Inteligente de Potencia (Intelligent Power Switch –IPS) y la sub-medición por circuito. Para esto, se muestra el concepto de un hogar inteligente, sus componentes y sus aplicaciones desde el punto de vista de ahorro y gestión energética, describiendo las características y el funcionamiento de cada uno de sus sub-sistemas. Asimismo, se muestra la reglamentación y normativa colombiana que promueve el uso racional y eficiente de energía y la utilización de fuentes no convencionales de energía eléctrica. Igualmente, se describe la implementación y el funcionamiento del sistema de gestión y de un aplicativo web por medio del cual es posible monitorizar el funcionamiento del sistema. Finalmente, se realizan los experimentos, se analizan los resultados y se obtienen las conclusiones del trabajo realizado.
Módulo de integración de sensores y actuadores lógicos basado en el protocolo as-i de comunicaciones industriales
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Núñez Gualdron, Omar Leonardo; Barrero Perez, Jaime Guillermo
La comunicación de datos en entornos industriales facilita el conocimiento del estado operativo de un proceso en cualquier momento, razón por la cual se hace necesaria la interconexión de sensores, actuadores, y dispositivos de control y supervisión, a través de los diferentes niveles de la jerarquía de automatización. Debido a que la adopción de los buses de campo requiere de una inversión elevada, surge la necesidad de desarrollar procesadores de comunicación que soporten especificaciones adoptadas internacionalmente y garanticen la compatibilidad con soluciones comerciales. En este trabajo de maestría se presenta el diseño e implementación de un procesador de comunicación AS-Interface que actua como dispositivo esclavo, para habilitar el intercambio de datos sobre líneas de DC e interfazar las variables de proceso con un contro_x0002_lador maestro. La implementación realizada en microcontrolador, resultó de la integración de componentes Software y Hardware, siguiendo los requerimientos lógicos y físicos del estándar IEC 62026-2¸ para establecer un proceso de comunicación maestro-esclavo por encuestamiento cíclico y acoplar patrones analógicos modulados en corriente a un bus DC. La aplicación de este desarrollo tiene por objeto proporcionar una solución de comunicación a las empresas del sec_x0002_tor industrial con mediano y bajo nivel de automatización, para el manejo de sensores y actuadores.
Planeamiento de trayectorias de un robot móvil
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Tibaduiza Burgos, Diego Alexander; Martinez Angel, Roberto; Barrero Perez, Jaime Guillermo
En este trabajo de investigación se presenta el desarrollo de dos técnicas de planeamiento de trayectorias. Una de las técnicas es campos de potencial y la otra corresponde a los algoritmos genéticos. Cada una de estas técnicas se probó sobre un sistema físico que consta de una pista de madera de 1,50 m * 2,40 m, un sistema de visión artificial, dos robots móviles tipo diferencial y unos obstáculos fijos en forma de tetraedro. El algoritmo de campos de potencial define unos pesos específicos al área de trabajo, para de esta manera diferenciar a los obstáculos y generar un camino libre de colisiones. El algoritmo genético emula tres operaciones básicas como son reproducción, cruce y mutación para crear trayectorias cada vez mejores en función de un peso específico. Todo el sistema es sensado con una cámara cuyas imágenes son procesadas por un computador, el cual genera la posición y orientación de cada objeto sobre el área de trabajo. Estos datos son leídos por los algoritmos de control, los cuales generan la trayectoria y envían por puerto serial a un módulo de RF para cada móvil. El ambiente dinámico se simula con uno de los robots móviles, el cual posee un modulo de ultrasonido
Procesamiento digital de senal electrocardiografica con tecnologia dsp orientado al analisis de variabilidad de la frecuencia cardiaca
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Gonzalez Barajas, Javier Enrique; Barrero Perez, Jaime Guillermo
La variabilidad de la frecuencia cardiaca, es la fluctuación alrededor del ritmo cardiaco, la cual es un reflejo del funcionamiento del sistema de control cardiorrespiratorio y es el tema central de este proyecto de investigación donde se quiere ha desarrollado una herramienta que permite evaluar el funcionamiento de los sistemas simpático y parasimpático del sistema nervioso autónomo, muy utilizada en el seguimiento de pacientes diabéticos y de pos infarto, dando información sobre el balance del sistema cerebro vascular. Las variables manejadas en el análisis de la variabilidad de la frecuencia cardiaca en estudios de corto tiempo se extraen de los complejos cardiacos, tomando principalmente la cuantificación de los tiempos R-R. La medida de la variabilidad de la frecuencia cardiaca (VFC) es de fácil obtención, de carácter no invasiva y confiable. Esta puede ser caracterizada de dos maneras: por el cálculo de índices basados en operaciones estadísticas sobre intervalos R-R (análisis en el dominio del tiempo) o por el análisis espectral de un arreglo de intervalos R-R (análisis en el dominio de la frecuencia). La implementación de ambos métodos requiere calcular con precisión el intervalo de tiempo entre dos ondas R. El análisis puede ser caracterizado sobre segmentos cortos de ECG o en grabaciones de ECG durante 24 horas (estudios Holter). Durante la toma de electrocardiogramas, pueden existir diferentes fuentes causantes de interferencias que pueden alterar la señal durante la adquisición de los datos para realizar estudios de la VFC, por lo cual, la aplicación de la teoría de filtros adaptativos implementados en este trabajo para el procesamiento de señales electrocardiográficas en tiempo real harán más confiable la medición de la variabilidad de la frecuencia cardiaca. Los filtros adaptativos son aquellos que son realizados con base en algoritmos que varían su función de transferencia dinámicamente. El filtrado adaptativo se ha utilizado cuando se necesita la realización de simulaciones o modelado de un sistema cuyas características son variables en el tiempo. Las variaciones en los coeficientes de la función de transferencia del filtro son definidas por un criterio de optimización y son realizados de acuerdo con un algoritmo de adaptación. El algoritmo y los coeficientes son escogidos de acuerdo con la aplicación.

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