vol. 29 núm. 1 (2024): enero-abril

Contexto: Este trabajo presenta el desarrollo de un modelo dinámico del movimiento del miembro inferior humano en el plano sagital durante el ciclo de marcha. El objetivo principal de este modelo es servir como una herramienta poderosa para el diseño de dispositivos de rehabilitación y asistencia, como exoesqueletos, prótesis y órtesis. Esto lo logra facilitando la estimación de torques en las articulaciones, el análisis detallado de variables cinemáticas, la selección óptima de actuadores y la exploración de técnicas avanzadas de control. Método: El modelo dinámico se consiste en dos componentes principales: (1) el modelo de la planta y (2) un controlador de lazo cerrado. El modelo de la planta representa la dinámica directa de la marcha humana y se basa en un péndulo de múltiples masas compuesto por tres segmentos del miembro inferior (muslo, pantorrilla y pie) y tres articulaciones (cadera, rodilla y tobillo). Este es analizado utilizando la formulación de Euler-Lagrange y las ecuaciones diferenciales de segundo orden no lineales se implementan en Simulink de MATLAB. Para reproducir las trayectorias de referencia de la marcha humana y simular el funcionamiento del sistema musculoesquelético y del sistema nervioso central, se implementa un controlador PID de lazo cerrado en el modelo de la planta. Es importante destacar que el alcance de este modelo dinámico se limita específicamente al plano sagital. Resultados: El modelo dinámico es evaluado en términos del seguimiento del desplazamiento angular usando el error relativo máximo (RME) y el error medio cuadrático (RMSE) para trayectorias de referencia de la marcha humana de adultos masculinos sanos reportadas en la literatura. El modelo demuestra un seguimiento con errores por debajo de 2.2 [°] en magnitud y 3,5 % para los tres segmentos considerados (muslo, pantorrilla y pie). Conclusiones: Los resultados cuantitativos muestran que el modelo dinámico desarrollado en este trabajo es confiable y permite reproducir precisamente las trayectorias de la marcha humana.

Contexto: En las comunidades de México, es fundamental generar una cultura de estudiar la prevalencia del pie plano en niños de 3 a 5 años, cuyo arco aún está en desarrollo y se puede corregir. Mediante el uso de una aplicación computacional, los estudios estadísticos de gráficos de barras y correlación por medio de regresión lineal validan los resultados sobre la categorización del tipo de pisada del infante, los cuales se adquieren mediante el índice Hernández Corvo (HCI), el protocolo del ángulo de Clarke (CA), el índice Staheli (SI), el índice Chippaux (CI) y el índice de masa corporal (BMI). Método: Se realizó un análisis estadístico de la huella plantar de 95 infantes de una comunidad de México, empleando una técnica computacional junto con un fotopodoscopio. Se adquirió, procesó y clasificó la imagen de la pisada. Se categorizó el tipo de pisada con respecto al HCI, el CA y el índice Staheli-Chippaux (SCI). La distribución de las huellas se validó mediante el método de regresión lineal. Resultados: Se evidenció una prevalencia de pie plano de 54,7 % respecto al HCI, 58,9 % respecto al CA y 61,05 % respecto al SCI, donde el sexo masculino fue el más susceptible (hasta 28, 32 y 33 casos). La mejor predicción se obtuvo mediante el SI y el CI: 90,7 y 87,0% para los pies derecho e izquierdo, con incremento positivo. No se observó dependencia con la composición corporal. Conclusiones: El diagnóstico del tipo de pisada, en sus categorías normal, cavo y plano, evidencia la prevalencia del pie plano entre los infantes de 3 a 5 años, con al menos 28 casos, en su mayoría masculinos y sin dependencia del peso. Si bien es difícil realizar diagnósticos de huella plantar en las comunidades rurales de México, este estudio estadístico muestra la importancia de monitorear el desarrollo del pie en infantes de preescolar, con las ventajas y la practicidad de las técnicas computacionales.  

Contexto: El tiempo es un factor crucial en la simulación de dispositivos de electrónica potencia (EP), especialmente cuando estos elementos se integran en microredes. Método: Este artículo deduce el modelo de interruptor promedio para dispositivos de EP con el propósito de reducir los tiempos de simulación. Para lograr esto, el modelo promedio se aplica únicamente a los interruptores de potencia de los dispositivos de EP, sin aplicarse a toda la topología como se hace tradicionalmente. El modelo promedio propuesto permite eliminar la oscilación de voltaje y corriente, pero conserva el comportamiento transitorio de las señales. El modelo promedio del interruptor se deriva para interruptores convertidores Boost y Buck y luego se generaliza a interruptores de inversores de potencia. El enfoque propuesto se valida utilizando el software OpenModelica. Resultados: Se simuló un sistema que incluye una batería, un convertidor DC/DC y un inversor conectado a la red eléctrica. Se realizó una comparación entre una simulación que considera los interruptores de potencia y una simulación que utiliza el modelo promedio del interruptor propuesto, lo que redujo el tiempo de simulación hasta en un 99,788 %, validando así el modelo propuesto. Conclusiones: El modelo de interruptor promedio propuesto reduce significativamente los tiempos de simulación. Este método ofrece una forma prometedora de agilizar las simulaciones de dispositivos de electrónica de potencia, especialmente en el contexto de microredes y otras aplicaciones donde la eficiencia en el tiempo es fundamental.

Contexto: La secuenciación de trabajos ha sido abordada desde un enfoque estático, sin considerar la aparición de eventos inesperados que requieran modificar el cronograma, lo que incide en sus medidas de desempeño. Método: Este artículo expone el desarrollo y aplicación de un algoritmo transgénico al Job Shop Rescheduling Problem (JSRP), una reprogramación del tradicional Job Shop Scheduling Problem. Este enfoque novedoso busca reparar el cronograma de modo que los modelos teóricos representen los entornos de manufactura reales. Resultados: Los experimentos diseñados para validar el algoritmo pretenden aplicar cinco clases de interrupciones que pueden afectar el cronograma, evaluando dos medidas de desempeño. Este experimento se realizó simultáneamente en un algoritmo genético de la literatura para facilitar la comparación de los resultados. Se observó que el enfoque propuesto tiene un desempeño superior al del algoritmo genético el 65 % de las veces y lo supera en la medida de estabilidad el 98 % de las veces. Conclusiones: El algoritmo propuesto mostró buenos resultados al ser probado con instancias de comparación reconocidas del Job Shop Scheduling Problem (JSSP), y queda abierta la posibilidad de mejorar el desempeño de la herramienta por medio de estudios de simulación.

Contexto: Los sistemas de medición basados ​​en visión (VBM) están ganando popularidad como una alternativa asequible y apta para aplicaciones científicas y de ingeniería. Cuando se utilizan cámaras como instrumentos, el desenfoque de movimiento suele surgir como una degradación de imagen recurrente e indeseable, que de hecho contiene información cinemática que normalmente se descarta. Método: Este artículo introduce un enfoque alternativo para medir la aceleración relativa a partir de una imagen borrosa real de movimiento lineal uniformemente acelerado invariante. Esto se hace utilizando mapeo homomórfico para extraer la point spread function (PSF) característica de la imagen borrosa, así como regresión de aprendizaje automático. Se tomaron un total de 125 imágenes borrosas de movimiento uniformemente acelerado en un entorno de luz y distancia controladas, en cinco aceleraciones diferentes en un rango de 0,64 a 2,4 m/s2. Este estudio evaluó 19 variantes tales como ensambles de árboles, procesos Gaussianos (GPR) y regresión lineal, regresión con máquina de vectores de soporte (SVM) y regresión con árboles. Resultados: El mejor resultado de RMSE corresponde a GPR (Matern 5/2), con 0,2547 m/s2 y una velocidad de predicción de 530 observaciones por segundo (obs/s). Además, se utilizaron algunos métodos novedosos de aprendizaje profundo para obtener el mejor valor de RMSE (0,4639 m/s2 para Inception ResNet v2, con una velocidad de predicción de 11 obs/s. Conclusiones: El método propuesto (mapeo homomórfico y aprendizaje automático) es una alternativa válida para calcular la aceleración a partir del desenfoque de movimiento invariante en aplicaciones en tiempo real cuando el ruido aditivo no es dominante, incluso superando las técnicas de aprendizaje profundo evaluadas.

Contexto: Las microrredes eléctricas han venido ganando espacio y credibilidad a nivel de investigación y aplicaciones reales. La madurez tecnológica y las nuevas regulaciones han permitido que este tipo de sistemas se posicionen como una alternativa real para aumentar la cobertura del servicio de energía y mejorar su calidad. Uno de los mayores retos de las microrredes es la gestión de los recursos y su sincronización con la red convencional. Con el fin de superar el inconveniente de sincronizar y gestionar los componentes de la microrred, se ha investigado sobre sistemas de gestión, los cuales normalmente consisten en un conjunto de módulos y estrategias de control que administran los recursos disponibles. Sin embargo, estas investigaciones no han llegado a una unanimidad sobre el mejor método para realizar estas tareas, por lo cual se hace necesario realizar una recopilación sistemática de información y definir claramente el estado de la investigación en gestión de sistemas de energía para este tipo de redes. Método: Con base en lo anterior, en este artículo se realizó un mapeo sistemático, donde se recopiló un importante número de artículos que han aportado a este campo. Se generaron taxonomías basadas en la naturaleza de las variables que se recopilaron. Dichas variables corresponden a los datos o información que entran y/o salen del sistema de gestión de la microrred, tales como variables meteorológicas, potencia, cargas prioritarias, cargas inteligentes, económicas, estados de operación y salidas binarias. Conclusiones: Se observa que, a pesar de los avances en el estudio de las diferentes técnicas y estrategias de control y gestión de microrredes, no se han cubierto de forma relevante otros factores que pueden afectar al rendimiento, como la naturaleza de las variables y la topología de la microrred, entre otros.

Las carreteras rurales de dos carriles que atraviesan caminos montañosos presentan grandes desafíos de diseño y operación. Esta complejidad puede producir una carretera con ciertas configuraciones geométricas o segmentos en donde aumente la probabilidad de siniestro vial. El Manual de Seguridad de Carreteras (HSM) ofrece un modelo predictivo para detectar esos sitios utilizando de las funciones de desempeño de seguridad (SPF). Estas funciones permiten predecir el número de siniestros en diferentes elementos de la carretera y es aplicable a todas las fases de un proyecto. Existe una gran cantidad de funciones o ecuaciones que se han desarrollado a nivel mundial, sin embargo, en Ecuador aún no se han estimado. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es proponer funciones de desempeño de seguridad para carreteras rurales de dos carriles en Ecuador en entornos montañosos. Para ello, se recolectó variables de diseño y operación de 25 carreteras en la los andes ecuatorianos. Las SPF fueron desarrolladas con los datos de siniestros del 2017-2019 y validados con los datos del 2020-2021. Como resultado, se desarrollaron 12 SPFs para 3 tipos de siniestros (total, fatal + lesiones, sólo daños materiales) y para diversos rangos de tránsito promedio diario anual (AADT). Estas ecuaciones se usan para estimar la frecuencia promedio esperada de siniestros para las condiciones existentes, para las alternativas a las condiciones existentes o las nuevos proyectos de carreteras. Este estudio permitirá mejorar la seguridad de las carreteras construidas y en nuevos proyectos.

Contexto: La Cuenca Amazónica Colombiana (CAB) se caracteriza por tener muchas áreas donde hay pocas observaciones in situ o ninguna. Para ayudar a corregir esta limitación, existen diferentes conjuntos de datos en rejilla que representan estimaciones de variables meteorológicas a partir de productos in situ, basados en satélites, fusionados y basados en modelos. Sin embargo, antes de utilizarlos, es necesario evaluar su desempeño. Método: Se analizó la capacidad de cinco conjuntos de datos en rejilla para representar el ciclo anual, las medias anuales y el rango intercuartil de la temperatura y las variables que intervienen en los balances superficiales de agua y energía en la CAB. Los cinco conjuntos de datos son un modelo climático regional (REMO) y cuatro reanálisis (ERA40, ERA-Interim, NCEP/NCAR y NCEP-v2). Para los análisis de temperatura y precipitación, también se tuvieron en cuenta los conjuntos de datos Delaware, GPCP, CPC, CMAP y CMAP-v2.Resultados: El ciclo anual medio de temperatura en la CAB tiene un comportamiento unimodal, con valores más altos entre octubre y marzo. Solo Delaware y ERA-Interim describen este comportamiento y presentan valores cercanos a los de las observaciones. El ciclo anual medio de precipitación también es unimodal, con valores más altos entre marzo y julio. Delaware, GPCP, CPC y ERA-Interim describen este comportamiento, aunque ERA-Interim sobreestima la precipitación. Además, los cuatro reanálisis, pero especialmente ERA-Interim, muestran una tendencia inesperada de aumento en la precipitación media anual. En relación al balance de agua, los mapas de precipitación y escorrentía de ERA-Interim y REMO muestran valores más altos en el piedemonte y al este de 73° W, un patrón que muestra una mejor concordancia con las observaciones que los de los otros conjuntos de datos. ERA-Interim, REMO y ERA-40 cumplen con la condición de clausura de los balances de agua y energía. Sin embargo, REMO y ERA-Interim sobreestiman la precipitación, ERA-40 la subestima y ERA-Interim sobreestima la radiación solar. Esto implica que algunas de las otras variables de los balances de agua y energía también están mal estimadas.Conclusiones: Los cinco conjuntos de datos en rejilla que permiten estudiar los balances superficiales de agua y energía no son adecuados y, por lo tanto, se necesitan mejores modelos y reanálisis.

The RIBIERSE-CYTED network, i.e., the network for the large-scale integration of renewable energies in electrical systems (723RT0150) (2023-2026) is a hub for researchers and technologists belonging to Ibero-American universities, companies, and local administrations. This network promotes cross-training, mobility between centers, and the dissemination and implementation of technical and training activities aimed at analyzing and developing opportunities for the maximal integration of renewable resources, seeking a more sustainable energy model while allowing for the increased use of renewable resources and electric mobility (e-mobility).

Contexto: En la actualidad, la administración del inventario representa un reto dadas las constantes exigencias de temporalidad, ubicación geográfica, variabilidad en los precios, disponibilidad presupuestal, entre otros. En las tiendas de barrio, este proceso se realiza de forma manual y con base en la experiencia (se ignoran los datos generados), lo que en ocasiones no es suficiente para responder a los cambios. Esto muestra la necesidad de desarrollar nuevas estrategias y herramientas que utilicen técnicas de análisis de datos. Método: Nuestra metodología predice la demanda semanal para 14 productos comunes en tiendas de barrio, la cual se refina posteriormente en función del capital de inversión para optimizar la ganancia. El método se valida a través de una base de datos construida con información sintética extraída a partir de muestreo estadístico. Para la predicción, se utilizan tres modelos de aprendizaje supervisado: máquinas de soporte vectorial (SVM), modelos AutoRegresivos (ARx) y procesos Gaussianos (GP). Luego, se plantea un modelo lineal restringido dada una inversión y las cantidades pronosticadas; el propósito es refinar la predicción maximizando la ganancia del tendero. Finalmente, el problema se soluciona aplicando un paradigma de programación lineal entera. Resultados: Se realizan pruebas para las etapas de predicción y ajustes del inventario, donde se demuestra que la metodología logra predecir la dinámica temporal de los datos infiriendo los momentos estadísticos de las distribuciones utilizadas. Se muestra que es posible obtener una máxima ganancia con un monto menor de inversión. Conclusiones: Nuestra metodología que permite predecir y refinar la gestión de inventario en un modelo de tienda de barrio en el que las cantidades se administran para maximizar las ganancias del tendero. Lo anterior abre el camino para explorar este enfoque en un escenario real o introducir nuevas técnicas que puedan mejorar su desempeño.

Contexto: El uso de bancos de capacitores es la solución más común y preferida para reducir la pérdida de energía en redes de distribución eléctrica, dados, su rentabilidad y bajos requisitos de mantenimiento. Sin embargo, lograr su integración óptima en términos de ubicación y tamaño es un problema desafiante.Métodos: Este artículo propone un modelo convexo estocástico entero-mixto basado en un modelo de optimización de flujo de ramas, que incorpora tres diferentes condiciones de generación de carga, para abordar la naturaleza estocástica de los sistemas de distribución.Resultados: Los resultados de la simulación indicaron que el modelo SMIBF propuesto proporcionó la mejor solución para todos los sistemas de prueba analizados, reduciendo la función objetivo en comparación con el caso de referencia en un 39.81 %, 35.29 % y 56.31% para los alimentadores de prueba modificados de 33, 69 y 85 nodos, respectivamente.Conclusiones: Se desarrolló un modelo SMIBF para integrar de manera óptima bancos de condensadores de paso fijo en redes de distribución eléctrica. Este modelo tuvo en cuenta la naturaleza estocástica de los sistemas de distribución bajo múltiples condiciones de operación y garantizó el logro del óptimo global.