Sistema de control para el modelo de una prótesis de tobillo

Desarrollar un sistema de control para el movimiento de una prótesis de tobillo en las fases de la marcha humana.El presente trabajo detalla el diseño de un sistema de control para el modelo de una prótesis de tobillo, capaz de controlar el movimiento del pie durante cada fase de la marcha normal, controlando su posición angular, para una caminata de baja intensidad sobre una superficie plana. Este sistema representa una etapa para macros proyectos de investigación en el desarrollo de prótesis robóticas, específicamente para prótesis de tobillo para casos de amputación transtibial. Para el diseño del sistema de control, primero se obtuvieron datos de la trayectoria del tobillo, posición angular, durante la marcha, y con la ayuda de MatLab se realiza el análisis de las señales obteniendo un modelo mecánico y un modelo matemático. Utilizando varios métodos se diseñaron sistemas de control que fueron aplicados al modelo matemático, para poder comparar sus señales de respuesta a una trayectoria de referencia y elegir el mejor sistema que permita controlar el movimiento de una prótesis de tobillo durante una caminata normal

Contraste por ETP del RDI en tres localidades climáticas de San Luis Potosí, México

Las sequías meteorológicas son un fenómeno natural recurrente que origina una escasez de precipitación. La severidad de las sequías meteorológicas se estima a través de algoritmos establecidos, conocidos como índices de sequías. Uno de tales procedimientos, quizá el más simple, es el índice de reconocimiento de sequías o RDI (Reconnaissance Drought Index), que está basado en el cociente entre la precipitación y evapotranspiración potencial (ETP), ocurridas en un cierto lapso, seguido de meses. En este estudio se aplica el RDI en tres duraciones de sequía meteorológica, en cada una de las tres estaciones climatológicas seleccionadas de cada zona geográfica o climática del estado de San Luis Potosí, México, que fueron: Villa de Arriaga (Altiplano Potosino), Río Verde (Zona Media) y Xilitla (Región Huasteca). Los registros mensuales de precipitación y temperaturas media y mínima de cada estación abarcan más de 50 años. La ETP se estimó con cuatro métodos: 1) la fórmula de Penman-Monteith, que es el criterio de referencia; los criterios de 2) Thornthwaite; 3) Turc, y 4) Hargreaves-Samani. Los procedimientos operativos de estos criterios se exponen en los apéndices (ver más adelante). El análisis de los resultados indica que los RDI estimados con el método de Hargreaves-Samani es el que mejor reproduce los resultados de la fórmula de Penman-Monteith en las tres localidades climáticas procesadas. También el método de Turc conduce a resultados similares a los de referencia y por ello se puede establecer que el RDI es un índice de sequías robusto, que prácticamente no depende del método de estimación de la ETP. Al haber una diferencia notable en los procedimientos operativos de la fórmula de Penman-Monteith y del método de Hargreaves-Samani, este último es una solución práctica muy importante

Análisis de la articulación del diseño curricular del programa de ingeniería electrónica, en relación con los objetivos de aprendizaje asociados a metrología

La integración de metrología en programas como el de ingeniería electrónica de la Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá es importante por su relación con el desempeño del egresado. Por tanto, la evaluación de la articulación de contenidos metrológicos se hizo a través de la construcción de una estructura general (4 fuentes consultadas), la búsqueda de los conceptos de tal estructura dentro de 12 asignaturas seleccionadas, y la comparación cognitiva de éstos (usando taxonomía de Bloom) con los requerimientos de expertos en industria, estado y academia. A partir de los conceptos hallados, se aplicó un DOFA que permitió tanto la construcción de matrices de estrategias para cada sector consultado como una matriz general. La estructura general contó con 5 ejes y 290 conceptos: aproximadamente 47% fueron hallados y cerca de un 18% están articulados adecuadamente en las asignaturas evaluadas (al nivel o por encima de las sugerencias de los expertos). Con DOFA, se destacaron ciertos elementos que el programa podría considerar: integración de un mayor número de contenidos prácticos, conocimiento más profundo de las necesidades de los sectores a través de la consulta a expertos, y reconocimiento de áreas como calidad, metrología industrial y calibración como ejes requeridos por la sociedad. En definitiva, surge una preocupación relativa a la falta de cooperación entre los sectores importantes para metrología, y esto puede ser una amenaza o una oportunidad de mejora que el programa de ingeniería electrónica no debería ignorar en su papel como ente formador.Abstract: Integrating metrology into curricula, like in the case of Electronic Engineering at Universidad Nacional de Colombia (Bogotá), is important because of its connection with graduate’s professional development. Therefore, evaluation of how integrated metrological contents are was carried out through three main activities: building a general conceptual structure using four bibliographical sources, searching those concepts into twelve selected classes syllabuses, and comparing cognitively (by Bloom’s taxonomy) the concepts versus requirements by experts in the industry, government, and academia. From found concepts, it was possible to develop a SWOT analysis to create specific strategies matrixes for each sector and a global general matrix. The general conceptual structure has 5 sections and 290 concepts: 47% of the concepts were found into the syllabuses, and about 18% of them were fully integrated, having the required or a higher cognitive level, according to the consulted experts. SWOT analysis allowed to highlight certain elements that the Electronic Engineering program should consider: adopting a more numerous practical content, deepening its knowledge on the different sectors’ needs (getting feedback from diverse experts), and acknowledging areas such a quality, industrial metrology, and calibration, as areas that society needs. In conclusion, there is a constant concern from experts about the lack of cooperation among sectors that are metrologically important. This could be considered as a threat or as an opportunity for improvement and, having in mind its role as an educational program, Electronic Engineering at Universidad Nacional de Colombia (Bogotá) should not ignore this.Maestrí

Contribución al análisis de transitorios térmicos accidentales en los componentes de un reactor de fusión nuclear

En el diseño de los componentes directamente enfrentados con el plasma en un reactor de fusión por confinamiento magnético es necesaria la evaluación de las consecuencias de accidentes que involucran disfunciones en el sistema de refrigeración correspondiente a cada uno de ellos. La permanente interacción entre el análisis de seguridad y el proyecto de definición de la planta permite la obtención de diseños intrínsecamente seguros, que conducen la instalación, tras la iniciación de un accidente, a una situación exenta de peligro mediante mecanismos pasivos de remoción del calor. Las condiciones de trabajo de los componentes estudiados son extremadamente severas, actuando simultáneamente varios procesos de transporte de energía. De entre ellos, se analiza la eficacia de la radiación térmica y la convección natural como mecanismos de seguridad pasiva. La descripción correcta de los fenómenos presentes requiere la puesta a punto de un modelo mixto de transmisión del calor (conducción-radiaciónconvección), mediante una aproximación de elementos finitos. Las diferentes escalas de tiempo asociadas a cada uno de esos fenómenos producen un sistema de ecuaciones rígido en la integración temporal. Por otra parte, la no linealidad intrínseca del problema considerado introduce rigidez en la discretización espacial. Una extensa experimentación numérica contribuye a identificar los algoritmos más eficaces para la resolución del problema. Se propone un método original de control simultáneo sobre el error en la integración temporal y sobre el tamaño del paso de tiempo, basado en la combinación de algoritmos secantes (cuasi- Newton) y un método de continuación o de longitud de arco impuesta. El modelo se utiliza para el análisis de secuencias accidentales globales (en todo el reactor), utilizando varios diseños de referencia correspondientes al Next European Torus (NET), para aplicarse posteriormente al análisis bidimensional de la placa divertora del reactor ITER (International Tokamak Experimental Reactor), con el doble objetivo de evaluar las consecuencias de varios tipos de accidentes de pérdida de capacidad refrigerante, y de definir los materiales y la geometría óptimos para el componente. Las conclusiones de este estudio muestran que, si se asegura la extinción de la reacción de fusión en el plasma tras la iniciación de un accidente, la radiación térmica y la convección natural son capaces de contrarrestar los efectos del calor residual y la inercia térmica de los componentes. El parámetro crítico que determina la severidad del accidente es el tiempo de extinción del plasma, cuyos valores mínimos para diversas situaciones se han identificado

Mathematical model of groundwater flow in the upper part of Huamancute subbasin, Ayacucho - Peru

[ES] La modelación de las aguas subterránea es una herramienta muy potente para la evaluación de los acuíferos fracturados. En este trabajo, se construyó el modelo matemático del acuífero de la parte alta de la quebrada Huamancute, Ayacucho-Perú con la finalidad de comprender el comportamiento de las aguas subterráneas en el medio fisurado. En una primera instancia se desarrolló el modelo hidrogeológico conceptual, en el cual se tuvo en cuenta toda la información recaba de geología, hidrología, edafología y climatología; después se implementó el modelo numérico con la ayuda del código MODFLOW. El modelo conceptual hidrogeológico consistió en la identificación de las masas de agua de la zona de estudio, la construcción del modelo geológico y la estimación de la recarga al acuífero. El modelo geológico está formado por tres unidades hidrogeológicas, el depósito cuaternario es la capa más superficial, la intermedia es la roca fracturada y última es la denominada como roca. Dicho modelo se construyó en base a la geológica regional, a las mediciones de conductividades hidráulicas, y a los datos obtenidos de los veintiséis sondajes eléctricos verticales y de las treinta y nueve perforaciones. El área de estudio no contaba con información meteorológica, por lo que se estimaron los valores de la precipitación y de la temperatura, mediante el uso de la técnica geoestadística del cokrigeado colocalizado. Calculándose que la precipitación y la temperatura media anual es de 476.9 mm/año y de 10.5°C, respectivamente. El modelo hidrológico consistió en la estimación de la evapotranspiración potencial, la infiltración y la recarga; la primera variable se calculó mediante el método de Hargreaves y se obtuvo un valor medio de 1 252.7 mm/año; la segunda se estimó mediante el modelo número de curva y su valor promedio fue de 515.0 mm/año; mientras que la última se estimó mediante balances hidrometeorológicos, cuyo valor medio fue de 97.0 mm/año En este estudio se simuló tanto en estado estacionario como en transitorio, tomando para este último un paso de tiempo mensual. El río Huamancute se comporta como ganador, ya que la cantidad de agua que recibe del acuífero es mucho mayor a la que él le transfiere; mientras que los otros dos ríos, Laguiña y Quellopata, actúan como perdedores. La laguna Chiquito Parinacocha dona al acuífero un volumen medio de agua de 2.1 103 m3/año. Asimismo se tiene que en el área de estudio, el valor de la recarga media anual es de 5.8 104 m3/año. Por último se calculó que los bofedales extraen del acuífero un caudal promedio de 3.2 104 m3/año. En el estado transitorio se logró que el modelo reprodujera la variabilidad temporal de los caudales que el acuífero entrega a los ríos. Durante los meses que existe recarga, el flujo que acuífero transfiere al río Huamancute es de 56.0 l/s, mientras que en los otros ríos dicho caudal es de 10.0 l/s, aproximadamente. La mayor salida de agua del sistema es hacia los ríos. Asimismo, cuando existe recarga, la mayor parte del agua que ingresa por esta variable es almacenada en las dos primeras capas del acuífero, principalmente por la acción del almacenamiento específico. Se concluyó, que los cálculos de la recarga son mucho más precisas si se utiliza datos meteorológicos diarios, en caso de no contar con esta información, la mejor opción para dichas estimaciones es el cokrigeado colocalizado; y que los modelo numéricos en roca fisurada pueden ser calibrados mediante el método de prueba y error.[EN] Groundwater modeling is a very powerful tool for evaluating fractured aquifers. In this study, it was constructed the mathematical model of the aquifer in the upper part of the Huamancute stream, Ayacucho-Peru, in order to understand the behavior of groundwater in the fractured medium. In the first instance, it was developed the conceptual hydrogeological model, it was taken into account all the information gathered from geology, hydrology, edaphology and climatology; then, it was implemented the numerical model with the help of the MODFLOW code. The hydrogeological conceptual model consisted of the identification of the water masses in the study area, the construction of the geological model and the estimation of the recharge to the aquifer. The geological model is made up of three hydrogeological units, the quaternary deposit is the most superficial layer, the intermediate one is the fractured rock and the last one is called rock. Model was built based on regional geology, measurements of hydraulic conductivities, and data obtained from the twenty-six vertical electrical sounding and from the thirty-nine perforations. The study area did not have meteorological information, so precipitation and temperature values were estimated, using the geostatistical technique of collocated cokriging. Calculating that the annual average precipitation and temperature is 476.9 mm / year and 10.5 ° C, respectively. The hydrological model consisted in the estimating potential evapotranspiration, infiltration and recharge; The first variable was calculated using the Hargreaves method and it was obtained a mean value of 1 252.7 mm / year; the second was estimated using the curve number model and its average value was 515.0 mm / year; while the latter was estimated through hydrometeorological balances, whose average value was 97.0 mm / year. In this study, the model was simulated in steady and transient state, for the latter took a monthly time step. The Huamancute River behaves as the winner, since the amount of water it receives from the aquifer is much greater than that which it transfers; while the other two rivers, Laguiña and Quellopata, act as losers. The Chiquito Parinacocha lagoon donates an average volume of water of 2.1 103 m3 / year to the aquifer. Likewise, in the study area, the value of the average annual recharge is 5.8 104 m3 / year. Finally, it was calculated that the wetlands extract an average flow of 3.2 104 m3 / year from the aquifer. In the transitory state, the model was able to reproduce the temporal variability of the flows that the aquifer gives to the rivers. During the months that there is recharge, the flow that the aquifer transfers to the Huamancute River is 56.0 l / s, while in the other rivers this flow is approximately 10.0 l / s. The largest outlet of water from the system is towards the rivers. Likewise, when there is recharge, most of the water that enters through this variable is stored in the first two layers of the aquifer, mainly due to the action of specific storage. It was concluded that the recharge calculations are much more accurate, if daily meteorological data are used. If this information is not available, the best option for these estimates is collocated cokriging; and that numerical models in fractured rock can be calibrated by trial and error.[CA] El modelatge de les aigües subterrània és una eina molt potent per a l'avaluació dels aqüífers fracturats. En aquest treball, es va construir el model matemàtic de l'aqüífer de la part alta de la feta fallida Huamancute, Ayacucho-el Perú amb la finalitat de comprendre el comportament de les aigües subterrànies en el mitjà fisurado. En una primera instància es va desenvolupar el model hidrogeològic conceptual, en el qual es va tindre en compte tota la informació recapta de geologia, hidrologia, edafologia i climatologia; després es va implementar el model numèric amb l'ajuda del codi MODFLOW. El model conceptual hidrogeològic va consistir en la identificació de les masses d'aigua de la zona d'estudi, la construcció del model geològic i l'estimació de la recàrrega a l'aqüífer. El model geològic està format per tres unitats hidrogeològiques, el depòsit quaternari és la capa més superficial, la intermèdia és la roca fracturada i última és la denominada com a roca. Aquest model es va construir sobre la base de la geològica regional, als mesuraments de conductivitats hidràuliques, i a les dades obtingudes dels vint-i-sis sondatges elèctrics verticals i de les trenta-nou perforacions. L'àrea d'estudi no comptava amb informació meteorològica, per la qual cosa es van estimar els valors de la precipitació i de la temperatura, mitjançant l'ús de la tècnica geoestadística del cokrigeado colocalizado. Calculant-se que la precipitació i la temperatura mitjana anual és de 476.9 mm/any i de 10.5 °C, respectivament. El model hidrològic va consistir en l'estimació de la evapotranspiración potencial, la infiltració i la recàrrega; la primera variable es va calcular mitjançant el mètode de Hargreaves i es va obtindre un valor mitjà d'1 252.7 mm/any; la segona es va estimar mitjançant el model número de corba i el seu valor mitjà va ser de 515.0 mm/any; mentre que l'última es va estimar mitjançant balanços hidrometeorológicos, el valor mitjà dels quals va ser de 97.0 mm/any En aquest estudi es va simular tant en estat estacionari com en transitori, prenent per a aquest últim un pas de temps mensual. El riu Huamancute es comporta com a guanyador, ja que la quantitat d'aigua que rep de l'aqüífer és molt major a la qual ell li transfereix; mentre que els altres dos rius, Laguiña i Quellopata, actuen com a perdedors. La llacuna Chiquito Parinacocha dona a l'aqüífer un volum mitjà d'aigua de 2.1 103 m³/any. Així mateix es té que en l'àrea d'estudi, el valor de la recàrrega mitjana anual és de 5.8 104 m³/any. Finalment es va calcular que els bofedales extrauen de l'aqüífer un cabal mitjà de 3.2 104 m³/any. En l'estat transitori es va aconseguir que el model reproduïra la variabilitat temporal dels cabals que l'aqüífer lliurament als rius. Durant els mesos que existeix recàrrega, el flux que aqüífer transfereix al riu Huamancute és de 56.0 l/s, mentre que en els altres rius aquest cabal és de 10.0 l/s, aproximadament. La major eixida d'aigua del sistema és cap als rius. Així mateix, quan existeix recàrrega, la major part de l'aigua que ingressa per aquesta variable és emmagatzemada en les dues primeres capes de l'aqüífer, principalment per l'acció de l'emmagatzematge específic. Es va concloure, que els càlculs de la recàrrega són molt més precises si s'utilitza dades meteorològiques diàries, en cas de no comptar amb aquesta informació, la millor opció per a aquestes estimacions és el cokrigeado colocalizado; i que els modele numèrics en roca fisurada poden ser calibrats mitjançant el mètode de prova i error.Baldera Santisteban, JA. (2020). Modelo matemático del flujo de agua subterránea de la parte alta de la quebrada Huamancute, Ayacucho - Perú. http://hdl.handle.net/10251/151494TFG

Estudio computacional de la hidrodinámica y del sistema de aireación en descargas de fondo con una compuerta de alta presión

Este documento presenta el análisis realizado al desempeño de una compuerta radial, sometida a condiciones reales de alta presión, en la descarga de fondo de una presa de gran altura. El enfoque del estudio estuvo dirigido a entender el comportamiento hidrodinámico alrededor de la estructura para aperturas totales y parciales de la compuerta radial, con el propósito de comprender el efecto que tiene la demanda de aire y el sistema de aireación diseñado, sobre las sub-presiones generadas en la estructura. Aunque el desarrollo de proyectos hidroeléctricos en Colombia es amplio, algunos incidentes se han producido en relación con las demandas de aire esperadas y reales en las compuertas radiales en las descargas de fondo de presas de gran altura, trayendo como consecuencia afectaciones relevantes sobre el medio ambiente. Para la consecución del objetivo general planteado se utilizó el software comercial de CFD (ANSYS Fluent) a través del cual se obtuvieron los campos de presión, velocidad y demás variables hidrodinámicas de interés para los casos analizados. Adicionalmente se implementó el método volumen de fluido (VOF, por sus siglas en inglés) para resolver la interfaz agua-aire y para realizar la simulación del sistema de aireación. Los resultados obtenidos fueron comparados en algunos casos con cálculos analíticos y fueron contrastados con los resultados de un modelo físico en escala 1:50 escalado con la ley de similitud de Froude. Es válido aclarar que por la escala del modelo físico los resultados de aireación obtenidos fueron comparados de forma cualitativa, y por consiguiente los resultados de la simulación fueron considerados como resultados satisfactorios. Adicionalmente se propuso una metodología para la distribución del sistema de aireación en compuertas radiales de alta presión en descargas de fondo en presas de gran altura.Abstract: This document presents the analysis carried out on the performance of a radial gate, subject to real conditions of high pressure, at the bottom outlet of a large dam. The focus of the research was to understand the hydrodynamic behavior around the structure, for partial and total openings of the gate, with the aim of understanding the effects of air demand, and the aeration system designed for negative pressure generated in the structure. Although the development of hydroelectric projects in Colombia is large, some malfunctioning has been observed due to the actual versus expected air demand in the radial gate at the bottom outlet of large dam, consequently resulting in significant damage to the environment. Numerical simulations were performed in ANSYS-FLUENT to obtain velocity and pressure fields, and other hydrodynamic quantities of interest for the analyzed cases. Additionally, the VOF method was used to calculate the free surface flow and estimate the air demand through the aeration system. Results are compared with analytical solutions and the qualitative information available from a 1:50 scale physical model. The qualitative comparison shows a reasonable agreement. Finally, a novel methodology is proposed to calculate the air distribution, as part of the design of aeration system in high head pressure radial gates.Maestrí

Evaluación de los factores de intensificación de esfuerzo SIF en accesorios laterales no reforzados de tuberías para relave minero

En este proyecto de tesis, se propone obtener los SIF de un accesorio lateral con ángulo entre ramal y cabezal de 30°, 45°, 60°, 75° y 90°; el mismo que no está reforzado y no estandarizado, fabricado con tubería de acero al carbono ASTM A53 grado B, con soldadura por arco eléctrico con penetración completa, mediante el desarrollo de un modelo matemático complementado con simulaciones numéricas y calibrado con ensayos existentes en la bibliografía [9]. Esto permite la elaboración de una herramienta de selección y diseño, que muestre los SIF para una variedad de geometrías no normadas de accesorios laterales propuestos en este proyecto de tesis. Además, se propone evaluar su variación respecto a parámetros geométricos establecidos acordes a la práctica.Tesi

Optimización de un difusor mediante simulación computacional

El presente trabajo muestra el desarrollo y el análisis en tres dimensiones de un modelo de difusor con pestaña, mediante fluidodinámica computacional. Con la finalidad de utilizarlo en pequeños aerogeneradores eólicos aumentando la potencia generada. La discretización espacial del modelo computacional y su análisis han sido confeccionados con el módulo FLUENT del paquete comercial ANSYS. El estudio está enfocado en la elaboración de un modelo optimizado de difusor, analizando las variaciones de la aceleración del flujo en el interior de cada modelo. La verificación del modelo muestra buenos resultado al compararlos con los descritos en la literatura. La simulación numérica manifiesta como los vórtices en el plano posterior de la geometría crean zonas de baja presión, aumentando el caudal másico que pasa a través del difusor. Los resultados indican que el difusor con la pestaña recta es el diseño que ha mostrado mejores resultados. Dado que el aumento de las velocidades de esta geometría es más alto en comparación con otras geometrías simuladas, como resultado se obtiene un incremento de 5% en la energía generada por una turbina eólica

Diseño y simulación de una turbina hidráulica para una minicentral hidroeléctrica ubicada en el canal de riego occidental de la laguna de San Marcos.

Uno de los principales objetivos es cubrir el déficit eléctrico que se produce en las zonas rurales, incentivando la generación de energía eléctrica con la utilización de fuentes renovables. Con estas consideraciones se plantea el presente estudio de selección y diseño de una turbina hidráulica aplicada a una minicentral hidroeléctrica, en el cual se describen las características de los componentes mecánicos necesarios para su funcionamiento. Con base en un análisis hidráulico, se selecciona una turbina Michell-Banki la cual posee una eficiencia del 82 % considerando un amplio rango de caudal y bajo costo de construcción. En este estudio se presenta el diseño hidráulico de la turbina verificando su comportamiento mediante el programa de simulación ANSYS; además del diseño mecánico de sus componentes, donde se determina las siguientes características nominales: 35 kW generados, caudal de diseño 0.3 m3/s y altura neta igual a 14.724 m. Finalizando con un análisis económico mediante los indicadores financieros del VAN Y TIR los cuales presentan un panorama de factibilidad para la implementación del proyecto.One of the main objectives is to cover the electricity deficit that occurs in rural areas, encouraging the generation of electricity with the use of renewable sources. With these considerations, the present study of selection and design of a hydraulic turbine applied to a mini-hydroelectric plant is presented, in which the characteristics of the mechanical components necessary for its operation are described. Based on a hydraulic analysis, a Michell-Banki turbine is selected, which has an efficiency of 82% considering a wide flow range and low construction cost. This study presents the hydraulic design of the turbine verified its behavior through the ANSYS simulation program in addition to the mechanical design of its components, where the following nominal characteristics are determined: 35 kW generated, design flow 0.3 m3/s and net height equal to 14.724 m. Finishing with an economic analysis through the financial indicators of the VAN and TIR which present a feasibility panorama for the implementation of the project