FRRQ - Producción de Investigación
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Item A scenario-based economic-stochastic model predictive control for the management of microgrids(ScienceDirect, 2023-12) Alarcón, Martín Alejandro; Alarcón, Rodrigo Germán; González, Alejandro H.; Ferramosca, AntonioAbstract The world’s electricity generation is heavily dependent on the consumption of fossil fuels. Electric generation from renewable resources is necessary due to the imperative need to reduce greenhouse gases to avoid a climate crisis. These resources exhibit random and intermittent behaviour. Therefore, there is a need to develop new management and control tools for these insertions into the current electricity system. Microgrids have become an effective tool to solve this problem, where these control systems play a principal role. For this reason, an optimal control structure consisting of two Model Predictive Control strategies is proposed for a microgrid Energy Management System. The first controller aims to optimise the microgrid’s economic performance under an established criterion, using nominal forecasts of the disturbances on the system, such as the energy generated by renewable resources. The second is a stochastic approach using scenario-based methods to consider forecast errors in the nominal predictions used for the disturbances. The simulations were carried out on a microgrid model corresponding to the National Technological University, Reconquista Regional Faculty, highlighting that actual samples of energy consumption are available. It is worth noting that with the proposed structure, optimal solutions are obtained considering the random behaviour of the disturbances, without making assumptions about the distribution functions of the random variables. Moreover, it applies to different scales of microgrids.Item Análisis vibratorio de pórtico: Teoría de Timoshenko-Ehrenfest con truncamiento(2024-09-18) Martín, Héctor Daniel; De Rosa, María Anna; Lippiello, María; Fantini, Sebastián HugoEn este trabajo se propone el estudio del análisis dinámico de un pórtico Timoshenko-Ehrenfest utilizando la teoría truncada propuesta en 2022 por (De Rosa, Lippiello, Elishakoff) para vigas. Esta teoría, desarrollada tanto con el método variacional como con el geométrico, muestra que los resultados obtenidos son casi los mismos, pero lo interesante resulta ser que las ecuaciones diferenciales quedan simplificadas. Se considera un pórtico clásico, formado por dos columnas y una viga, con análisis de cedimiento de vínculos además de los vínculos a tierra clásicos como las articulaciones y el empotramiento. Se resuelven las ecuaciones diferenciales y en los ejemplos se destaca la influencia sobre las frecuencias libres de vibraciones de los cedimientos en los vínculos, el efecto de la altura de la sección recta de las columnas y de la viga.Item APLICACIÓN DE HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS PARA EL DISEÑO DE MÁQUINA TRASPLANTADORA HORTÍCOLA PARA MÚLTIPLES ESPECIES.(2016-10) Fabbro, Alejandro Antonio; Soto, Walter; Martín, Héctor Daniel; Snaider, Iván; Lorenzón Cian, Federico; Peresón, Onofre; Martin Gutbrod, Nicolás; Cian, MauricioEl presente trabajo resulta ser una continuación de lo presentado en el CAIM 2014 [1], en el cual se había diseñado una máquina de ensayos para la pinza de trasplante. Se describe aquí el proceso de diseño del dispositivo mecánico completo destinado a realizar la tarea del trasplante en el contexto de la producción hortícola en mediana escala. La principal característica de diseño del dispositivo es su adaptabilidad a varios plantines de diferentes especies. Como herramientas de asistencia al diseño se hace un fuerte hincapié en el uso del Software de CAD/CAE paramétrico “Autodesk Inventor” y software de cálculo como “Excel” y “Wólfram Mathematica”. Lo novedoso es la forma en que se han podido enlazar estos programas de manera que, a nivel informático, el diseño y cálculo resultan estar completamente vinculados. Otra contribución interesante del trabajo es mostrar las simulaciones numéricas orientadas al estudio de la cinemática y la dinámica de las cadenas de cuerpo rígidos que conforman el mecanismo. Como resultado de esta combinación de estudios analíticos, modelado 3D y simulaciones numéricas se logró el desarrollo de un prototipo virtual de la máquina trasplantadora, el que permite realizar múltiples verificaciones de la máquina antes de construirla.Item Approximating the solution of an economic MPC using artificial neural networks(IEEE Xplore, 2024-05-21) Alarcón, Rodrigo Germán; Alarcón, Martín Alejandro; González, Alejandro H.; Ferramosca, AntonioAbstract: Economic model predictive control is a recognized advanced control strategy which calculates control actions by solving an optimization problem in real time. The issue of numerical computation is the main barrier to implementing this type of controller. Deep learning has emerged as a promising solution to reduce the computational cost. This paper proposes a deep learning approximation of an Economic MPC, particularly with artificial neural networks, of the control strategy for managing energy resources in a residential microgrid. Operational data were generated from the solution established by the controller to train, validate and test the neural network using Matlab. Simulation results showed that the proposed approach can approximate the control strategy correctly.Item Aproximación de la irradiación solar global captada mediante funciones polinómicas(2024-05-15) Ros, Mario Alberto; Martín, Héctor Daniel; Suligoy, Juan Pablo; Capeletti, Walter HernánEl presente trabajo consiste en la determinación de la energía solar (radiación solar global) en días despejados y/o parcialmente nublados, mediante datos de potencia (Irradiancia) extraídos cada 5 minutos de una estación meteorológica ubicada en el predio de la Facultad Regional Reconquista. La determinación de dicha energía se ha realizado por medio de cálculos de las áreas bajo la curva, mediante aproximaciones de funciones y resolviendo las respectivas integrales definidas para dos días en particular, despejado y parcialmente nublado. El método matemático empleado fue la aplicación de funciones polinómicas de 2 y 6 grado para determinar el valor de energía captado (Irradiación) y contrastado con en el valor, más próximo al real, que entrega el método de cálculo de los trapecios para el cálculo del área bajo de la curva. Los valores obtenidos por este método matemático son usados para compararse con los valores de energía generada de una instalación fotovoltaica, en el mismo predio y en los mismos días, donde la diferencia entre ambos contempla las pérdidas; por aumento de temperatura de la célula solar (olas de calor), suciedad, pérdidas en la instalación eléctrica y pérdidas inherente a los equipos electrónicos como ser el inversor.Item Artificial neural networks for energy demand prediction in an economic MPC-Based energy management system(International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2024-10-20) Alarcón, Rodrigo Germán; Alarcón, Martín Alejandro; González, Alejandro H.; Ferramosca, AntonioABSTRACT Microgrids are a development trend and have attracted a lot of attention worldwide. The control system plays a crucial role in implementing these systems and, due to their complexity, artificial intelligence techniques represent some enabling technologies for their future development and success. In this paper, we propose a novel formulation of an economic model predictive control (economic MPC) applied to a microgrid designed for a faculty building with the inclusion of a predictive model to deal with the energy demand disturbance using a recurrent neural network of the long short-term memory (RNN-LSTM). First, we develop a framework to identify an RNN-LSTM using historical data registered by a smart three-phase power quality analyzer to provide feedforward power demand predictions. Next, we present an economic MPC formulation that includes the prediction model for the disturbance within the optimization problem to be solved by the MPC strategy. We carried out simulations with different scenarios of energy consumption, available resources, and simulation times to highlight the results obtained and analyze the performance of the energy management system. In all cases, we observed the correct operation of the proposed control scheme, complying at all times with the objectives and operational restrictions imposed on the system.Item Artificial pancreas under stable pulsatile MPC: Improving the closed-loop performance(2020-08-01) Abuin, Pablo; Rivadeneira, Pablo; Ferramosca, Antonio; González, AlejandroThis work presents a pulsatile Zone Model Predictive Control (pZMPC) for the control of blood glucose concentration (BGC) in patients with Type 1 Diabetes Mellitus (T1DM). The main novelties of the algorithm – in contrast to other existing strategies – are: (i) it controls the patient glycemia by injecting short duration insulin boluses for both, the basal and bolus infusions, in an unified manner, (ii) it performs the predictions and estimations (critical to anticipate both, hypo and hyperglycemia) based on a physiological individualized long-term model, (iii) it employs disturbance observers to compensate plant-model mismatches, (iv) it ensures, under standard assumptions, closed-loop stability, and (v) it can be used – under minor modifications – as an optimal basal–bolus calculator to emulate conventional therapies. Because of the latter characteristic, a significantly better performance is achieved, not only in terms of classical indexes (time in the normoglycemia zone, avoidance of hypoglycemia in the short term, avoidance of hyperglycemia in the long term) but also in terms of its applicability (use of the pump or injections). Such a performance is tested in a cohort of in-silico patients from the FDA-accepted UVA/Padova simulation platform, considering the most challenging scenarios.Item Boron Removal from Aqueous Solutions by Synthetic MgAlFe Mixed Oxides(2019-05-22) Heredia, Angélica; M. de la Fuente Garcia - Soto; Narros Sierra, Adolfo; Mendoza, Sandra; Gómez Ávila, Jenny; Cirivello, MónicaThe boron removal capacity from an aqueous solution using MgAlFe mixed oxides from layered double hydroxides (LDH) was studied. They were synthesized by the coprecipitation method at 70 °C and were characterized as potential filter materials. The Fe3+ analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy and UV–visible diffuse reflectance showed their tetrahedral and octahedral coordination. Scanning electron microscopy micrographs and thermogravimetric and differential scanning calorimetry analysis evidenced the presence of clusters and particles aggregates and decreased dehydroxylation temperature when the iron content increased. Mixed oxides and boron solution in a ratio of 20:1 Mg/B were put in a batch reactor at different contact times. The borate removal process was due to the memory effect of the mixed oxides and superficial adsorption by electrostatic attraction. This fact is directly related to the specific surface area, Fe content, and surface charge. The maximum boron removals were achieved with the CS25 and CS50 samples with values higher than 85%.Item Characterization of SARS-CoV-2 Dynamics in the Host(2020-06-01) Abuin, Pablo; Anderson, Alejandro; Ferramosca, Antonio; Hernandez - Vargas; González, AlejandroWhile many epidemiological models were proposed to understand and handle COVID-19 pandemic, too little has been invested to understand human viral replication and the potential use of novel antivirals to tackle the infection. In this work, using a control theoretical approach, validated mathematical models of SARS-CoV-2 in humans are characterized. A complete analysis of the main dynamic characteristic is developed based on the reproduction number. The equilibrium regions of the system are fully characterized, and the stability of such regions is formally established. Mathematical analysis highlights critical conditions to decrease monotonically SARS-CoV-2 in the host, as such conditions are relevant to tailor future antiviral treatments. Simulation results show the aforementioned system characterization.Item Cloud Energy Meter(2020-10-29) Talijancic, Ivan; Domenje, Carlos; Lebus, LuisCloud Energy Meter es un analizador inteligente de calidad de energía eléctrica trifásica. El mismo integra en un solo equipo, un medidor de energía con capacidad de análisis armónico de la red (hasta el armónico de orden 32) y conectividad inalámbrica Wi-Fi y Bluetooth LE. La conectividad Wi-Fi, es utilizada para acceder a una conexión a internet, mediante la cual el dispositivo se vincula con una plataforma web asociada (denominada Field to Cloud, https://fieldtocloud.siid.com.ar/) mediante la cuál el usuario puede visualizar los datos y configurar el equipo de manera intuitiva y visualmente agradable. Por otra parte la conectividad Bluetooth LE, es utilizada para vincular el dispositivo a una aplicación móvil que nos permite configurar ciertos parámetros del equipo. Cloud Energy Meter se integra como un dispositivo más del IoT (Internet de las Cosas) al mismo tiempo que brinda una solución integral y accesible en términos de costo y usabilidad.Item Comparativa de rendimientos en la generación de energía fotovoltaica entre paneles solares estáticos y con seguimiento automático(2020-01-01) Colman, Gabriel; Zurlo, Hugo Daniel; Anton, Daniel; Ardiles de Leschiutta, Soledad; Sosa, Sergio; Rosatti, Ezequiel Adrián; Moschen, BrianEl proyecto de investigación surge de la posibilidad de explorar y mejorar la obtención de energías alternativas disponibles, en este caso será la energía proveniente del sol. Es por esta razón que se pretende realizar una comparación entre el rendimiento sobre la generación y disponibilidad de energía entre dos sistemas fotovoltaicos, uno con estructura fija (ángulo de inclinación 30º y acimut 0º) y otro móvil con orientación en dos ejes (ángulo de inclinación y acimut variables) utilizando paneles solares de idénticas características constructivas. Es importante señalar que el trabajo de investigación se realizará en conjunto con otro grupo de investigación de la Facultad Regional de Reconquista, en el cual se realizó el estudio y diseño de la estructura con sistema de seguimiento solar a dos ejes el que será utilizado para realizar la comparativa de rendimientos con el sistema fijo. Para el análisis comparativo se medirá la producción energética de cada sistema a lo largo de un año. Los parámetros, como ser corriente y tensión serán registrados junto con las condiciones ambientales al momento de cada lectura. Con los valores asentados en una planilla se realizará un análisis estadístico que permitirá determinar el sistema con mayor rendimiento de generación de energía.Item Comparativa de rendimientos en la generación de energía fotovoltaica entre paneles solares estáticos y con seguimiento automático.(2022-12) Colman, Gabriel Porfirio; Zurlo, Hugo; Ardiles, Soledad; Moschén, Brian Emmanuel; Suligoy, Juan Pablo; Antón, Elvio Daniel; Ros, Mario AlbertoOBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN: Objetivo general: Analizar y comparar el rendimiento en generación de energía eléctrica fotovoltaica entre dos instalaciones, una fija y una móvil, con la utilización de paneles solares de idénticas características físicas y constructivas Objetivos específicos: a) Analizar los datos eléctricos en distintos horarios y estaciones del año b) Analizar estadísticamente los datos del punto a) c) Analizar y evaluar los costos y beneficios de cada instalación (fija y móvil)Item Compared arsenic removal from aqueous solutions by synthetic mixed oxides and modified natural zeolites(2019-05-09) Heredia, Angélica; Gómez Ávila, Jenny; Vinuesa, Ariel; Saux, Clara; Mendoza, Sandra; Garay, Fernando; Cirivello, MónicaLayered Double Hydroxides of Mg–Al–Fe and their mixed metallic oxides of high specific surface area were synthesized by the coprecipitation method. A natural zeolite from a regional quarry with high clinoptilolite content was conditioned and modified. Initially, an acid treatment was applied and subsequently Fe(III) was incorporated by the wet impregnation method. Then the prepared solid materials were characterized by XRD, N2 adsorption–desorption at 77 K, SEM, DRS UV–Vis, and MP-AES to determine their physicochemical properties. Finally, the solid materials were evaluated as adsorbents for arsenic removal in water. The tracking of As and its species concentration at trace levels was carried out by cathodic stripping Square-wave voltammetry, which has proved to be a highly selective and sensitive electrochemical method. High levels of effectiveness in terms of removal were achieved, particularly with the natural zeolites and mixed oxides of highest iron content.Item Control Predictivo Económico para la gestión de energía en una microrred(2020-10-06) Alarcón, Martín Alejandro; Ferramosca, Antonio; González, Alejandro H.En este articulo se propone una estrategia de diseño para sistemas de control de flujos de energía en microrredes eléctricas con generación renovables, aplicando el Control Predictivo Económico basado en Modelo (EMPC). El modelo de microrred utilizado se compone por un sistema de almacenamiento, una fuente de generación renovable, un perfil de consumo tipo residencial y se considera la posibilidad de intercambiar energía con la red principal, permitiéndole así a la microrred, la posibilidad de actuar y participar dentro del mercado eléctrico. El funcional propuesto para el controlador, considera los costos de uso para los sistemas de la microrred, como también el beneficio por la venta de energía hacia la red eléctrica principal. Se comprueba el funcionamiento del sistema, simulándolo en distintos escenarios.Item Cooperative n-personal games in the coalitional economic control of a microgrid community(2023-05-16) Alarcón, Martín Alejandro; Alarcón, Rodrigo Germán; González, Alejandro H.; Ferramosca, AntonioAbstract—The deployment of microgrids connected to an electricity grid is increasing every day. These energy districts with their control system are the intelligent nodes of future electricity grids; therefore, strategies for managing these new systems must be developed and proposed. This paper presents a novel coalitional economic model predictive control strategy for managing a microgrid community. Because coalitional control considers the dynamic variation of coalitions of agents, a coop erative n-personal game with economic aspects occurs to decide which coalition to build, where the optimal control strategy to solve for each of these coalitions also takes place. Furthermore, an example proposes an economic criterion for using both the cooperative game and the control strategy for each coalition. Finally, some results on coalition formation are presented for the example mentioned above.Item Desarrollo de un Instrumento de Medición de Ángulo de Contacto(2019-09-26) Vitti, Javier Oscar; Zorzon, Brian JoelLa medición de ángulo de contacto es una técnica eficiente y ampliamente utilizada para evaluar la hidrofobicidad, adhesión y tensión superficial de una superficie sólida. En este trabajo se muestran resultados acerca del diseño y construcción de un instrumento de bajo costo para mediciones de ángulo de contacto. Incluye el modelado de las piezas constitutivas y el desarrollo de una aplicación por software para el análisis de los datos experimentales. Los diseños de las piezas fueron realizados en el software Autodesk Inventor 2018 y la mayor parte de ellas se fabricaron utilizando una impresora 3D, basada en el método de Modelación por Deposición de Filamento (MDF). La aplicación para realizar las mediciones de ángulo de contacto se desarrolló desde la base del software Mathematica 11.2. Este trabajo se enmarca dentro de las actividades de apoyo a la investigación científica que se llevan adelante en la F.R. Reconquista.Item Desarrollo e implementación de trabajos de laboratorio de Física incorporando tecnología RASPBERRY PI 3.(2018-01-01) Alzugaray, Gloria; Ardiles de Leschiutta, SoledadLas actividades de laboratorio constituyen un campo de desarrollo e investigación cuyas implicancias en elaprendizaje de la física es relevante. En particular las prácticas que se desarrollan el laboratorio de Física, sonfundamentales para el aprendizaje de conceptos, desarrollar habilidades y además un requisito indispensable para laacreditación, en carreras de ingeniería. La incorporación de recursos TIC en estas prácticas de laboratorio de Física esun desafío, no sólo desde el aspecto didáctico, sino también presupuestariamente. En particular la tecnologíaRaspberry Pi 3, o computador de placa reducida, permite la lectura de sensores digitales de bajo costo y elprocesamiento de la información recogida pudiéndose comunicar a los alumnos en tiempo real, aportandoreplicabilidad, ubiquidad y accesibilidad. El presente proyecto pretende, identificar ensayos de laboratorio dondeincorporar tecnología Raspberry Pi 3, diseñar los arreglos experimentales y realizar la puesta en el aula de lasprácticas de laboratorio de Física que impacten en el aprendizaje significativo del alumno.Item Desarrollo en serie de potencias de la curva normal estándar(2024-05-15) Fantini, Sebastián Hugo; Martín, Héctor DanielLa distribución normal es la distribución de probabilidad continua más importante de todo el campo de la estadística, teniendo aplicaciones en muchos otros campos del saber. El presente trabajo pretende determinar la ecuación de la distribución normal a partir de la resolución de su ecuación diferencial gobernante, utilizando para ello las series de potencias. Motiva este trabajo la búsqueda de actividades interdisciplinares. En este caso, el desarrollo de dicha ecuación permite que los alumnos de las cátedras Estadística y Análisis Matemático desarrollen contenidos integradores. Palabras clave: series de potencias, distribución normal, ecuaciones diferenciales.Item Desarrollo y generación de material didáctico para la enseñanza de cinemática en ingeniería(2020-10-29) Zorzon, Brian; Pappano, Ezequiel; Marcon, Juan Pablo; Snaider, Lucas; Pereson, Marcos NahuelLa cinemática es la rama de la mecánica que describe el movimiento de los objetos sólidos sin considerar las causas que lo originan. Resulta de gran importancia el correcto entendimiento de este concepto en la ingeniería, debido a esto es la cantidad de horas que se dedican a su enseñanza. Mediante el presente proyecto se propone la creación de material didáctico que permita vincular los conceptos teóricos prácticos desarrollados en las cátedras con el comportamiento de mecanismos en la vida real. Mediante la implementación de placas de desarrollo se analiza el comportamiento físico del mecanismo y posteriormente se procesa mediante software para hacer un completo análisis cinemático. Los elementos mecánicos han sido desarrollados en el marco del Laboratorio de Tecnologías de Fabricación Digital de la regional, mientras que el apartado electrónico y de procesado de datos se ha desarrollado en el área en el Grupo de Investigación en Programación Eficiente y Control.Item Determinación de propiedades elásticas de piezas poliméricas construidas por impresión 3D, sometidas a flexión(2020-07-24) Stechina, Darío; Mendoza, Sandra; Martin, Héctor; Maggi, Norberto Claudio; Piovan, TulioEl procedimiento de Modelación por Deposición de Filamento (MDF) polimérico es una de las variantes de mayor repercusión en el conjunto de tecnologías de construcción aditiva, usualmente llamadas impresión 3D. La irrupción de máquinas de bajo costo y la continua mejora de la calidad y resistencia de los polímeros empleados, exige estimar la vida útil y performance de las piezas impresas. Por ello, este trabajo analiza el desempeño mecánico ante esfuerzos de flexión de polímeros que típicamente se emplean en la construcción aditiva. En particular se evalúa, a través de experimentos diseñados “ad-hoc” el módulo de elasticidad a flexión en probetas de Poli Ácido Láctico (PLA), Nylon y Poli-estireno de Alto Impacto (HIPS), en función de diversos factores de variabilidad, entre los que se cuentan la dirección de trazado en cada capa (ángulo de deposición), la orientación de impresión de la pieza, la presencia de aditivos colorantes en los polímeros y la velocidad de impresión. Se encontró que todos los factores de variabilidad estudiados, modifican significativamente el módulo de elasticidad a la flexión. Analizando la orientación de los filamentos en los tres materiales, se determinó que la técnica MDF produce piezas anisótropas. El mayor valor del módulo de elasticidad se logra cuando la dirección de todos los filamentos coincide con la dirección de los esfuerzos principales. A su vez la coloración de los materiales en crudo tiene influencia significativa como también la dirección en la que se elabora la impresión. También se comprobó que el módulo de elasticidad disminuye al aumentar la velocidad de impresión.
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