Universidad, Ciencia y Tecnología

A simplified study of the Lemna SP evolution

Se utiliza un sistema de ecuaciones diferenciales acopladas para describir el comportamiento de una planta de la familia de las lemnáceas en un medio al que fluyen continuamente nutrientes (contaminantes) en dos condiciones diferentes. Tanto los resultados analíticos como los numéricos muestran que la persistencia de la lemna está asociada al proceso de eutrofización de masas de agua, y que debería tomarse medidas para combatir la contaminación de los medios acuáticos.

A system of differential equations is used in order to study the behaviour of a lemnaceae plant in a medium with continuous flow of nutrients (polluents) in two different conditions. Our analytical and numerical results both show that lemna persistence is related to the eutrophization processes in water reservoirs, and that care should be taken for fighting pollution of fresh water reservoirs.

Electrocardiographic signal classification using time-frequency representations

El análisis de señales electrocardiográficas (ECG) constituye un elemento importante en la realización de diferentes tareas de diagnóstico automatizado, mediante algoritmos de computación. Un objetivo importante dentro de este análisis es la clasificación de formas de onda, para lo cual han sido utilizados diferentes algoritmos de procesamiento de la señal ECG en los dominios del tiempo y de la frecuencia. La naturaleza no estacionaria de la señal ECG ha motivado también la aplicación de técnicas tales como las Representaciones Tiempo-Frecuencia (RTF). El presente trabajo tiene como objetivos comparar el comportamiento de diferentes RTF en la clasificación de complejos QRS electrocardiográficos en presencia de ruido, e introducir un método de clasificación basado en el empleo de valores complejos para una RTF específica, la Transformada de Fourier Local. Se analizaron comparativamente los resultados de la aplicación del nuevo método con respecto a otro anterior introducido por los autores, también basado en RTF. Se determinó la efectividad del método evaluando el empleo de diferentes medidas de distancia entre los latidos contaminados con ruido y patrones de referencia utilizados para la clasificación. Se logró un desempeño superior durante la clasificación, para los tipos de ruido considerados, al emplear descriptores complejos en el dominio tiempo-frecuencia.

The analysis of electrocardiographic (ECG) signals constitutes an important element in the completion of different tasks for automated diagnosis, by means of computational algorithms. Classification of waveforms is an important objective within this analysis, for which various ECG processing algorithms in the time and frequency domains have been used. The non-stationary nature of the ECG signal has motivated also the application of techniques such as the time-frequency representations (TFR). The objectives of this work are to compare, different alternatives for the application of TFR to the classification of noisy QRS, and to introduce a classification method based in the use of complex values for a specific TFR, the Short Time Fourier Transform. The results of the application of this method are analyzed in comparison to a previous method introduced by the authors, also based in the use of TFR. The effectiveness of this method to classify noisy beats was determined by evaluating the use of various distance measures between beats contaminated with noise and reference patterns used for classification. A better performance was obtained during classification, for the noise types considered, when complex descriptors in the time-frequency domain were used.

An experimental and training platform for uninterrupted power in isolated locations: wind turbine - electric generator - battery bank

El trabajo presenta una nueva plataforma modular de entrenamiento que combina diferentes fuentes de energía y bloques de conversión de electrónica de potencia. El equipo propuesto es llamado Plataforma de Entrenamiento de una Fuente Ininterrumpida de Potencia con Turbina de Viento, TP-WT-UPS, modela una turbina de viento suministrando energía a una carga crítica en una localidad aislada. Dos fuentes son emuladas (la turbina de viento y una planta de combustión con generador de C.A.), tres bloques de conversión de potencia (DC/DC, DC/AC, AC/DC) y la electrónica de control que permite una arquitectura modular que puede ser modificada para una configuración particular. En lo posible se emplean partes de vehículos como alternadores o AVR. El TP- WT-UPS puede ser usado para el entrenamiento de ingenieros para su preparación en estos tópicos, así como también, como una plataforma expedita para el desarrollo de nuevos proyectos. Los resultados demuestran la factibilidad de aplicación del sistema de generación como un sistema híbrido en sitios aislados donde se pueda aprovechar la energía del viento y de plantas eléctricas.

A new modular platform that can be used to combine different energy sources and power electronics conversion blocks in a training environment is presented. The proposed equipment, called Training Platform for Wind Turbine Uninterruptible Power Supply (TP-WT-UPS) models a wind driven uninterruptible power supply feeding a critical load in an isolated location. Two energy sources are emulated (a wind turbine and a combustion engine driven AC generator), the three basic power electronic blocks (DC/DC, DC/AC, AC/DC) and control electronics are provided in a modular architecture that can be modified to suit a particular configuration. Wherever possible, standard offthe- shelf car parts such as alternators and AVR are used. TP-WT-UPS can be used both in the training of engineers, giving them hands-on experience on these topics, and also as a design tool for expedite the development of new projects. The experimental results shows that the equipment can be applied as an hybrid system in isolated locations where energy from the wind and electric generators can be used.

Determination of the critical convection coefficient for the modification of a cooling system of anode

La producción de Aluminio a nivel mundial se realiza mediante el proceso Hall-Héroult, con celdas de reducción de aluminio. Uno de los insumos requeridos para la producción de aluminio son los ánodos, que reaccionan con el oxígeno contenido en la alúmina y forman dióxido de carbono; esto cuando pasa a través de ellos una corriente de alto amperaje (entre 180 kA a 350 kA). Los ánodos verdes, después que salen de la vibrocompactadora a una temperatura entre 150ºC a 160ºC, son pasados por un sistema de enfriamiento por inmersión en agua para que adquieran la dureza necesaria para ser transportados a la sala de hornos donde se realiza el procedimiento de cocción. En este trabajo se presenta el cálculo del coeficiente de convección crítico para validar la posibilidad de aumentar la capacidad del sistema de enfriamiento actual para un eventual incremento de la producción de ánodos. El procedimiento utilizado fue de diseño experimental, dado que se requirió de un estudio analítico y se realizaron algunas mediciones para validar algunas propiedades requeridas. Los resultados demuestran que el coeficiente de convección crítico para este sistema de enfriamiento es de 600 W/m2K.

The aluminum production in the world is carried out through the Hall-Heroult process, by means of aluminum reduction cells. One of the inputs required for the aluminum production are the anodes, which react with oxygen contained in the alumina and form carbon dioxide; this is when a current of high amperage (between 180 kA to 350 kA) passes through them. The green anodes, after they leave the vibro-compactor at a temperature between 150°C to 160°C go through a cooling system by immersion in water to acquire the necessary hardness to be transported to a room of ovens where the cooking procedure is carried out. In this work, the calculation of the critical convection coefficient is presented to validate the possibility of increasing the capacity of the current cooling system for a possible raise of the production of anodes. The procedure used was of experimental design, since it was required an analytic study and some measurements were taken to validate some properties required. The results show that the critical convection coefficient for this cooling system is of 600 W/m2K.

Design of digital modulators using FPGA for magnetic resonance scanners

En este trabajo se presenta la metodología para diseñar moduladores digitales para equipos de resonancia magnética empleando dispositivos FPGA. Luego de seleccionar la frecuencia de muestreo del sistema, se pasa al diseño del sintetizador y del mezclador, se escoge la familia de los FPGA a emplear y finalmente el conversor digital analógico. El método se aplica al diseño de un modulador para tomógrafos Giroimag empleando dos FPGA XC4003e-pc84 de Xilinx. El sintetizador tiene una precisión superior a 0.1Hz, frecuencia máxima de trabajo de 4MHz y un nivel de espurios máximo de 60dB por debajo de la componente fundamental, el mezclador realiza la modulación de esta señal con un pulso gaussiano de 8 bits con frecuencia de muestreo máxima de 5.12MHz. El modulador obtenido por este método es más sencillo eléctricamente que uno analógico de iguales características. El método propuesto permite realizar de forma sencilla diseños de moduladores digitales para equipos de resonancia magnética.

This paper presents the methodology for the design of digital modulators for magnetic resonance equipment using Field Programmable Gate Arrays (FPGA). After selecting the system sampling frequency, synthesizer and mixer are designed, the family of FPGA to be used and finally the digital-analog converter are chosen. The method is applied to the design of a modulator for Giroimag scanners using two XC4003e-pc84 FPGA of Xilinx. The synthesizer has a precision over 0.1 Hz, a maximum output frequency of 4MHz and a maximum level of spur of 60dB below the fundamental component, the mixer carries out the modulation of the carrier with a gaussian pulse of 8 bits with a maximum sampling frequency of 5.12MHz. The modulator obtained by this method is electrically simpler than an analogical one of same characteristics. The proposed method allows to carry out in a simple way designs of digital modulators for magnetic resonance equipment.

Operation scheduling with setup times by local optimization algorithms

El objetivo del presente trabajo es evaluar, mediante pruebas computacionales, el comportamiento de los algoritmos heurísticos directos y de optimización local para resolver el problema de programación de operaciones. Este artículo está dirigido al problema de secuenciación de operaciones en una máquina con familia de productos, en la que los tiempos de preparación están separados de los tiempos de procesamiento, y son dependientes de la secuencia, con el objetivo de minimizar la suma de los retrasos. Los algoritmos se codificaron en Visual Basic y se probaron en 1000 ejemplares con un número de familias entre 4-6 y con un número total de piezas entre 15-25. Los resultados computacionales mostraron que: (a) la heurística Índice Crítico es la que proporciona mejores soluciones iniciales; (b) a pesar de que con la heurística Earliest Due Date se obtuvo el mayor número de peores soluciones iniciales, con la aplicación de la heurística de mejora se logran alcanzar buenos resultados; (c) el uso de una solución inicial mejor no garantiza un mejor resultado después de la fase de mejora local (d) la capacidad de mejora de los algoritmos heurísticos de optimización local es dependiente de la heurística inicial aplicada.

The objective of this work is to evaluate, by means of computer tests, the behavior of the direct heuristics algorithms and local optimization to solve the operation scheduling problem. This article refers to the operation sequence problem on a machine with families of products, where setup times are separated from the processing times, and are dependent on the sequence, with the objective of minimizing the sum of delays. The algorithms were codified in Visual Basic and 1000 samples were tested with a number of families between 4-6 and with a total number of pieces between 15-25. Computer results showed that: (a) Critical Index heuristic is the one that provides better initial solutions; (b) although with Earliest Due Date heuristic a greater number of worse initial solutions was obtained, with the application of the improvement heuristic, good results are achieved; (c) the use of a better initial solution does not guarantee a better result after the phase of local improvement (d) the capacity of improvement of the heuristic algorithms of local optimization is dependent on the initial heuristic used.

Influence of emission coefficient N on bipolar transistor V_BE(T) model

La necesidad de aumentar la exactitud y estabilidad en el diseño de los sensores de temperatura y referencias de banda prohibida bipolares, ha llevado recientemente a estudios experimentales sobre la variación del coeficiente de emisión n del transistor bipolar con la temperatura. El aumento de n con la disminución de la temperatura, observado en estos experimentos, aun no ha sido explicado. En el trabajo presente se explica la causa física de esta variación y se simula el comportamiento de n de un transistor bipolar a bajas temperaturas para diferentes condiciones de polarización. Se obtiene también una nueva expresión del potencial base-emisor VBE(T) que incluye el coeficiente de emisión. A partir de las expresiones teóricas se obtuvo un error en VBE(T ) superior a 2oC en el intervalo de 300 K a 240 K, al despreciar el coeficiente de emisión.

The need to increase accuracy and stability in the design of temperature sensors and bandgap references has led to recent experimental studies on the variation with temperature of the emission coefficient n. The increase of n with the decrease of temperature, observed in these experiments, has been not explained yet. In this paper the physical cause of this increase is explained and the behaviour of n as a function of temperature is simulated. A new expression of base-emitter voltage VBE(T) including the emission coefficient is also obtained. The error in VBE(T), calculated from theoretical expressions, caused by neglecting the emission coefficient is greater than 2oC.

Proposal of resolution of the matricial system in the second method of stability of Lyapunov

El Segundo Método de Estabilidad de Lyapunov consiste en la selección de una, así llamada, Función Candidata de Lyapunov, que satisfaga ciertas condiciones que permitan su utilización en el análisis de la estabilidad de un modelo matemático sintetizado a partir de un proceso que se desee someter a la acción de una Ley de Control determinada. En el caso de los sistemas lineales es siempre posible encontrar una función cuadrática, xT Ax, que satisfaga las condiciones requeridas. Al aplicar el Segundo Método de Lyapunov a esta función candidata, aparece un sistema matricial de ecuaciones lineales ordinarias del tipo A T P + PA = -Q, en donde P y Q son matrices nxn, definidas positivas. En este trabajo se propone la solución numérica de este sistema algebraico mediante la resolución de un sistema lineal de n² incógnitas e igual número de ecuaciones, lo cual puede ser realizado, después de algunas manipulaciones de las ecuaciones, con algún método tradicional como la Eliminación Inversa de Gauss o cualquiera de sus variantes. Se presentan aquí dos sencillos algoritmos que permiten reacomodar la ecuación matricial original en la forma convencional de un sistema de ecuaciones algebraicas, lineales y ordinarias.

The Second Method of Stability of Lyapunov consists of selecting a so-called Lyapunovs Candidate Function, which satisfies certain conditions that allows its use in the stability analysis of a mathematical model synthesized from a process which it want to put under the action of a given Control Law. In the case of linear systems, it is always possible to find a quadratic function, xT Ax, that satisfies the desired conditions. When applying the Second Stability Method of Lyapunov to this candidate function, it appears a matricial system of ordinary linear equations of the type A T P + PA = -Q, where P and Q are nxn definite positive matrixes. In this work, the numeric solution of this algebraic system is proposed by solving a linear system of n2 unknown data and the same number of equations, which can be achieved, after some manipulation to the equations, with some traditional method, such as the Inverse Elimination of Gauss or any of its variants. This work shows two easy algorithms that allows re-accommodating the original matrix equation into the conventional form of a system of algebraic linear and ordinary equations.