Ingeniería

El Rol de las Energías Renovables en las Microrredes

Industria 4.0 y Manufactura Digital: un Método de Diseño Aplicando Ingeniería Inversa

Abstract Context: This research presents a review of literature and current state of the Industry 4.0 and Reverse Engineering process with the aim of proposing a design method for the digitization and manufacturing of 3D parts through the use of Digital Manufacturing. Method: A theoretical and systematic review about Industry 4.0 and Reverse Engineering is carried out to determine the relationship between them. Subsequently, several published design methods are analyzed to select one as a reference. Finally, according to the results obtained from the theoretical analysis a proposal of the design method to perform the digitization and manufacture of a 3D piece. The application of the proposed method is validated with the digitalization of one piece and its 3D modeling and printing. Results: We identified that the relationship between Industry 4.0 and Reverse Engineering is the Additive Manufacturing and that the ideal design method for the development of the research is the Archer’s model through the perspective of Liu & Boyle, since the proposed model will focus on designer through a process of digitalization. Finally, its application demonstrates its relevance, considering that nowadays the Digital Manufacturing must be a determinant component for Industry 4.0 Conclusions: The conditions, particularities and operating costs of the new processes applied by Industry 4.0 imply the need to consider new models to generate benefits for companies in order to become more competitive, profitable and sustainable companies on a global scale. In this context, Digital Manufacturing is presented as an alternative design, which although it has been applied for years, it has not been recognized as a new technological trend, so its inclusion on Industry 4.0 is relevant and necessary.

Resumen Contexto: Para la presente investigación se revisó la literatura y actualidad sobre industria 4.0 e Ingeniería Inversa con el objetivo de proponer un método de diseño para la digitalización y fabricación de piezas en 3D a través del uso de Manufactura Digital. Método: Se realiza una revisión teórica y sistemática sobre Industria 4.0 e Ingeniería Inversa para determinar la relación entre ambos conceptos; posteriormente, se analizan diversos métodos de diseño publicados para seleccionar uno como referencia y finalmente, de los resultados obtenidos del análisis teórico, se presenta una propuesta de método de diseño para realizar la digitalización y manufactura de una pieza 3D. Como comprobación, el método se aplica en la captura, modelado e impresión 3D de una pieza. Resultados: Se encuentra que el punto de relación entre Industria 4.0 e Ingeniería Inversa es la Manufactura Aditiva y que el método de diseño ideal para el desarrollo de la investigación es el de Archer a través de las perspectivas de Liu y Boyle, ya que el modelo propuesto se enfocará en el criterio del diseñador a través de un proceso de digitalización. Finalmente, su aplicación demuestra la relevancia de considerar a la Manufactura Digital como un componente determinante para la Industria 4.0 en la actualidad. Conclusiones: Las condiciones, particularidades y costos de los nuevos procesos aplicados por la Industria 4.0 hacen necesario que se planteen nuevos modelos que generen beneficios a las empresas para ser más competitivas, rentables y sustentables; en este contexto, la Manufactura Digital se presenta como una alterativa de diseño, que a pesar de que lleva años siendo aplicada, no ha sido reconocida como una nueva tendencia tecnológica, por lo que su inclusión en la Industria 4.0 es pertinente y necesaria.

Sistema de Monitoreo de Nivel de Líquido en Grandes Depósitos

Abstract Context: The objective of this work is to design and build a system capable of controlling the level of liquids stored in large tanks. The system is also oriented to its use in automatic control practices and the transmission of information from a distance. Method: It consists of different stages that meet the fulfillment of the proposed objective. In addition, it is composed of sound and light alarms in case of spills in the tanks or lack of communication between its components. The realization of digital control within the system required a data acquisition procedure implemented by Arduino with XBee modules for communication, and a personal computer. Results: This type of procedure to implement the control was chosen due to the ease of implementation, the benefits and the low costs of the system with respect to those existing in the market. Another task was the practical study of the different control techniques applied to a real system for monitoring the level of liquids in large capacity tanks. Conclusions: The validation of the measurement system was made through a comparison between the real values obtained with the measurement instruments and the values shown by the system through the web application that was designed. The correct operation of this system allowed its subsequent installation in real deposits.

Resumen Contexto: El presente trabajo tiene como objetivo diseñar y construir un sistema capaz de realizar el control de nivel de líquidos que se encuentren almacenados en grandes depósitos, también está orientado a su utilización en prácticas de control automático y a la transmisión de la información a distancia. Una energía renovable, sostenible y amigable con el medio ambiente, usada como alternativa para mitigar el cambio climático causado por uso de energías provenientes de los combustibles fósiles; pensando en ello, es muy importante estudiar el comportamiento de los módulos fotovoltaicos en condiciones reales de funcionamiento. Método: Consta de diferentes etapas que satisfacen el cumplimiento del objetivo propuesto, está compuesto por alarmas sonora y lumínica en caso de derrames en los depósitos o por falta de comunicación entre sus componentes. La realización del control digital dentro del sistema requirió de un procedimiento de adquisición de datos implementado por Arduino con módulos XBee para la comunicación, además de una computadora personal. Resultados: Este tipo de procedimiento para implementar el control se escogió debido a la facilidad de ejecución, los beneficios y los bajos costos del sistema respecto a los existentes en el mercado; otra de las tareas realizadas fue el estudio practico de las diferentes técnicas de control aplicadas a un sistema real para el monitoreo de nivel de líquidos en depósitos de gran capacidad. Conclusiones: La validación del sistema de medición fue realizada a través de una comparación entre los valores reales obtenidos con los instrumentos de medición y los valores mostrados por el sistema a través de la aplicación web que fue diseñada; el correcto funcionamiento de dicho sistema permitió su posterior instalación en depósitos reales.

Análisis Comparativo del Rendimiento de los Módulos Fotovoltaicos Monocristalino y Policristalino bajo Condiciones Climáticas de Fusagasugá

Abstract Context: To meet the world’s energy demand, photovoltaic solar energy has emerged as a sustainable, environmentally friendly renewable energy, used as an alternative to mitigate climate change caused by the use of energy from fossil fuels. therefore, it is very important to study the behavior of these photovoltaic modules under real operating conditions. Method: Two stand-alone photovoltaic systems were implemented, one of monocrystalline technology and another polycrystalline, each of data acquisition system of temperature, humidity, voltage and current, which are acquired in a synchronized manner over a period of 3 months, under local weather conditions of Fusagasugá. Results: The temperature, humidity, irradiance, voltage and current data are used to obtain curves showing the energy performance of the polycrystalline and monocrystalline modules. Conclusions: The results of this study can help predict the output characteristics of photovoltaic system, mainly when the weather conditions change such as temperature, humidity and irradiance. A better performance of the monocrystalline module in the polycrystalline is evidenced.

Resumen Contexto: Para satisfacer la demanda de energía mundial, la energía solar fotovoltaica ha emergido como una energía renovable, sostenible y amigable con el medio ambiente, usada como alternativa para mitigar el cambio climático causado por uso de energías provenientes de los combustibles fósiles; pensando en ello, es muy importante estudiar el comportamiento de los módulos fotovoltaicos en condiciones reales de funcionamiento. Método: Se implementan dos sistemas fotovoltaicos autónomos similares, uno con módulo policristalino y otro monocristalino, cada uno con sistema de adquisición de datos de temperatura, humedad, voltaje y corriente, los cuales son adquiridos de forma sincronizada por un periodo de tres meses bajo condiciones climáticas locales de Fusagasugá. Resultados: Los datos de temperatura, humedad, irradiancia, voltaje y corriente se utilizan para obtener curvas que muestran el rendimiento energético de los módulos policristalinos y monocristalinos . Conclusiones: Los resultados de este estudio pueden ayudar a predecir el comportamiento de salida de un sistema fotovoltaico, principalmente cuando las condiciones climáticas como humedad, temperatura y radiación cambian. Se evidencia un mejor desempeño del módulo monocristalino que el policristalino.

Control Jerárquico Optimizado para una Microrred de CA Bajo Ataque

Abstract Context: An inverter-based microgrid working in islanded mode can suffer cyber-attacks, these can be done against either the local controller or the communication links among the inverters. Secondary control is able to reject those attacks, however, a tertiary control action is necessary in order to stabilize the power flow among the microgrid. Method: Confidence factor technique allows to reject attacks in a microgrid acting directly over the secondary control, however, this technique omits other factor related to the power available. In this case, secondary control was complemented with a tertiary control that includes optimization criteria. Results: An inverter-based microgrid is simulated in Matlab for different scenarios and under cyber- attack, this allows checking the correct response of the controller under attacks and the effective power- sharing among inverters. Conclusions: The tertiary control allows stabilizing the active power of the system after the rejection of a cyber-attack by the secondary control. Each inverter supplies active power according to its maximum power rating without affecting the stability of the whole system.

Resumen Contexto: Una microrred de CA (corriente alterna) basada en inversores y que funciona en modo isla puede ser v´ıctima de ciberataques, estos pueden ir contra el controlador o contra el sistema de comunicaciones entre los nodos; el control secundario puede rechazar el ataque, sin embargo, la acción de un controlador terciario es necesaria para estabilizar el flujo de potencia en la microrred. Método: La técnica basada en factores de confianza permite repeler ataques a la microrred actuando directamente sobre el controlador secundario, sin embargo, esta técnica omite factores de optimización; en este caso, las sen˜ales de control generadas a partir de los factores de confianza fueron complementa- das en un controlador terciario para incluir criterios de optimizacio´n. Resultados: Se simula una microrred en Matlab para diferentes escenarios y ataques, permitiendo verificar la acertada respuesta del controlador ante ataques ciberne´ticos. Conclusiones: El control terciario permite estabilizar la potencia del sistema ante el rechazo de un ciberataque por parte del control secundario. Cada inversor entrega potencia de acuerdo con su rango ma´ximo de potencia, sin afectar la establidad de todo el sistema.