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Aplicación de modelos U-Net para segmentación semántica de defectos en paneles fotovoltaicos
Get PDFThis article presents a study on the semantic segmentation of defects in crystalline-silicon photovoltaic cells using U-Net–based models trained on electroluminescence (EL) images. The dataset combines laboratory-acquired images with a publicly available benchmark, both manually annotated to identify cracks, dark zones, and collector-bar discontinuities. Eight model variants were trained with controlled variations in input resolution, encoder depth, and regularization strategies. Performance was assessed using per-class precision, recall, and F1-score, complemented by visual inspection through heatmaps and overlays and by expert validation. Segmentation was robust for defects with well-defined morphology, such as dark zones and busbars; however, cracks remained more difficult to detect due to their sparse pixel representation and irregular geometry. Alternative architectures (U-Net++ and MAU-Net) were also evaluated but did not yield meaningful improvements over the optimized U-Net configuration. Overall, the results support the use of this approach for automated inspection under controlled conditions, while highlighting the need for future adaptation to more diverse operational scenarios.Este artículo presenta un estudio sobre la segmentación semántica de defectos en celdas fotovoltaicas de silicio cristalino mediante modelos basados en U-Net, entrenados con imágenes de electroluminiscencia (EL). Se empleó un conjunto de datos compuesto por imágenes adquiridas en laboratorio y un prototipo público de pruebas, ambos con anotaciones manuales de grietas, zonas oscuras y discontinuidades en barras colectoras. Se entrenaron ocho versiones del modelo, incorporando variaciones controladas en la resolución, la profundidad del codificador y las estrategias de regularización. La evaluación incluyó métricas clase a clase (precisión, recall y F1-score), análisis visual mediante mapas de calor y superposiciones, así como validación por expertos. Si bien la segmentación fue consistente en defectos de morfología clara, como zonas oscuras y barras colectoras, las grietas presentaron mayores dificultades debido a su baja densidad de píxeles y geometría irregular. Asimismo, se analizaron arquitecturas alternativas (U-Net++ y MAU-Net), sin evidenciar mejoras relevantes frente a la configuración optimizada de U-Net. Los resultados respaldan el uso de este enfoque en tareas de inspección automatizada bajo condiciones controladas, y se proponen extensiones para su aplicación en contextos operativos más diversos
Seguimiento del nivel de líquido de un sistema de tanques acoplado empleando control cuasi-lpv
Get PDFThis article proposes a gain-scheduling procedure based on quasi-LPV modeling for a nonlinear coupled tank system to track the liquid level with zero steady-state error. The nonlinearities are directly represented by a parameter vector that varies within a bounded set constrained by the physical limits of the tank system levels. This approach enables accurate nonlinear system modeling using a linear parameter-varying model. State-feedback linear controllers are designed at the extreme vertices of the bounded set. The global controller is derived as the weighted average of local controller contributions, with the weighting determined by the instantaneous values of the parameter vector. Two interpolation mechanisms are proposed to implement this weighted averaging of the linear controllers. The results confirm the effectiveness of the proposed method in achieving accurate liquid level tracking.En este artículo se propone un procedimiento de programación de ganancias basado en un modelado cuasi-LPV de un sistema no lineal de tanques acoplados para seguir el nivel de líquido con error en estado estacionario nulo. Las no linealidades están representadas directamente por un vector de parámetros que varía dentro de un conjunto acotado por los límites físicos del nivel del sistema de tanques. Esto permite un modelado exacto del sistema no lineal utilizando un modelo lineal de parámetros variantes. Luego, se diseñan controladores lineales de realimentación de estado en los vértices extremos del conjunto acotado. El controlador global corresponde a un promedio ponderado de las contribuciones locales. Esta ponderación depende de los valores instantáneos del vector de parámetros. Para implementar el promedio ponderado de los controladores lineales, se proponen dos mecanismos de interpolación. Los resultados obtenidos muestran la efectividad del método
Sistema de monitoreo de parámetros cardiovasculares basado en IoT y MQTT para alertas médicas
Get PDFThis paper presents the development of a computing platform for the real-time monitoring of cardiovascular parameters derived from bioelectrical signals. A comprehensive analysis of primary users was conducted, leading to the identification of both technical and functional requirements. The interface design was guided by Sommerville’s methodology. The system architecture is based on a microservices model, incorporating a relational database and enabling integration with data transmitted from Internet of Things (IoT) devices. The platform was evaluated through incremental stress testing, starting with zero users and increasing in steps of 100 up to 5,000. A total of 22,132 requests were processed at a peak rate of 440.4 requests per second, with an average response time of 930 ms and 95% of responses occurring within 2,300 ms. The system demonstrated error-free performance with up to 1,700 concurrent users. At 5,000 users and 26,393 total requests, a minimal error rate of 0.16% was recorded, confirming the platform’s stability under high workloads. These findings validate the feasibility of the proposed solution for remote biomedical monitoring, offering an efficient, scalable, and robust tool for real-time health supervision.Este artículo describe el desarrollo de una plataforma informática destinada al monitoreo en tiempo real de parámetros cardiovasculares a partir de señales bioeléctricas. Se realizó un análisis de los usuarios principales y se identificaron los requisitos técnicos y funcionales necesarios. Asimismo, las interfaces fueron diseñadas aplicando la metodología propuesta por Sommerville. La arquitectura del sistema se basa en microservicios, incorporando una base de datos relacional y permitiendo la integración con datos provenientes de dispositivos del Internet de las Cosas (IoT). La evaluación del sistema se llevó a cabo mediante pruebas de simulación de carga, iniciando con 0 usuarios y aumentando en intervalos de 100 hasta alcanzar los 5000 usuarios. Durante las pruebas, se procesaron 22 132 solicitudes, con una tasa promedio de 440,4 solicitudes por segundo, manteniendo un tiempo de respuesta medio de 930 ms y logrando que el 95 % de las respuestas se ubicaran por debajo de los 2300 ms. Se comprobó que el sistema opera sin errores hasta un umbral de 1700 usuarios concurrentes. Con 5000 usuarios y un total de 26 393 solicitudes, se registró un porcentaje mínimo de error del 0,16 %, lo que evidencia su capacidad para gestionar altas cargas de trabajo de manera estable. Estos resultados confirman la viabilidad de la plataforma para el monitoreo remoto de parámetros biomédicos, ofreciendo una solución eficiente y escalable para la supervisión de la salud en tiempo real
Aplicación de MANET como sistema de comunicación en la movilidad sostenible
Get PDFThis paper presents an architecture based on the MANET (Mobile Ad Hoc Network) paradigm as an emergency communication system between users of electric bicycles. The solution consists of 4 mobile nodes representing the users and a main fixed node, which emulates a bicycle docking station. This architecture allows multi-hop communication between the nodes, using the proactive routing protocols OLSR (Optimized Link State Routing) and BATMAN (Better Approach to Mobile Ad Hoc Networking). The study was divided into 3 main stages. First, an analysis of the wireless medium was performed to determine the maximum transmission distance and the maximum bitrate between 2 nodes. Subsequently, the throughput behavior was characterized in a multihop configuration consisting of 4 nodes in order to establish the network capacity in terms of bandwidth. Finally, a web application was implemented for the transmission of audio and text traffic. Regarding the evaluation of the proposal, two scenarios were designed to emulate the integration of a new cyclist to the network and the communication between two users in motion. The results reveal that OLSR provides a better system operation, with a throughput of 2.54 Mbps at 3 hops and a PRR (Packet Reception Rate) higher than 96%. In addition, it guarantees a delay within the ITU-T (International Telecommunication Union-Telecommunication) G.114 recommendation for bidirectional communication.En este artículo se presenta una arquitectura basada en el paradigma MANET (Mobile Ad Hoc Network) como un sistema de comunicación de emergencia entre usuarios de bicicletas eléctricas. La solución consta de cuatro nodos móviles que representan a los usuarios y un nodo fijo principal, que emula una estación de anclaje de bicicletas. Esta arquitectura permite la comunicación multisalto entre los nodos, utilizando los protocolos de enrutamiento proactivos OLSR (Optimized Link State Routing) y BATMAN (Better Approach to Mobile Ad Hoc Networking). El estudio se dividió en tres etapas principales. Primero, se hizo un análisis del medio inalámbrico para determinar la distancia máxima de transmisión y el bitrate máximo entre dos nodos. Posteriormente, se caracterizó el comportamiento del throughput en una configuración multisalto conformada por cuatro nodos con el fin de establecer la capacidad de la red en términos de ancho de banda. Finalmente, se implementó una aplicación web para la transmisión de tráfico de audio y texto. En cuanto a la evaluación de la propuesta, se diseñaron dos escenarios que emulan la integración de un nuevo ciclista a la red y la comunicación entre dos usuarios en movimiento. Los resultados revelan que OLSR proporciona una mejor operación del sistema, con un throughput de 2.54 Mbps a 3 saltos y un PRR (Packet Reception Rate) superior al 96 %. Además, garantiza un delay dentro de la recomendación G.114 de la ITU-T (International Telecommunication Union-Telecommunication) para una comunicación bidirecciona
Estudio comparativo de estrategias de enfriamiento en un módulo de baterías de iones de litio para la prevención de la fuga térmica mediante CFD
Get PDFThis study investigates the thermal behavior of three lithium-ion battery configurations under thermal runaway conditions, focusing on cooling systems based on air, water, and phase change materials (PCM). The analysis was conducted using sixteen cylindrical 18650 cells, each with a capacity of 2.15 Ah. The battery arrangements include Geometry 1, characterized by an irregular rhomboid shape, and Geometry 2, which adopts an irregular octagonal shape. Numerical simulations were carried out using Computational Fluid Dynamics (CFD) tools in ANSYS Fluent, employing a thermal abuse model rooted in a multidimensional, multiscale approach, and incorporating the empirical Newman-Tiedemann-Gauthier-Kim (NTGK) model. Transient simulations were performed under forced and natural convection scenarios to capture dynamic thermal behavior. The findings reveal that natural air cooling fails to prevent thermal runaway under the studied conditions. In contrast, water and PCM-based cooling systems effectively mitigate thermal runaway risks. Furthermore, forced convection with air and water significantly enhances thermal management and successfully prevents thermal runaway.En este estudio se evalúa el comportamiento térmico ante condiciones de fuga térmica de tres arreglos de celdas de iones de litio con distintos sistemas de enfriamiento: aire, agua y material de cambio de fase (PCM). Se utilizaron 16 celdas cilíndricas de tipo 18650 con una capacidad de 2.15 Ah. La geometría 1 tiene una forma de rombo irregular, mientras que las geometrías 2 y 3 tienen una forma de un octágono irregular. Se implementaron simulaciones numéricas CFD empleando el software ANSYS Fluent mediante la aplicación del modelo de abuso térmico basado en un enfoque multidimensional multiescala y el modelo empírico NTGK. Se ejecutaron simulaciones transientes considerando convección forzada y natural. Los resultados muestran que, para las condiciones dadas en el estudio, el enfriamiento natural por aire no previene la fuga térmica, mientras que el agua y PCM sí la previenen, al igual que la convección forzada con aire y agua
Análisis comparativo de patrones de flujo en toberas planas y cónicas fuera de diseño
Get PDFThis study aims to analyze the behavior of Mach number and pressure field flow patterns in off-design planar and conical nozzles with a divergent half-angle of 10.85°. Numerical simulations of the flow field were conducted using the ANSYS-Fluent R16.2 software, employing the RANS model and the SAS turbulence model under transient flow conditions. The nozzle pressure ratios (NPR) ranged from 1.97 to 8.91. The results reveal differences in flow patterns, including Mach number and static pressure, between the two nozzle types. Notably, normal shock fronts exhibited varying positions for the same NPR values. The maximum peak flow fluctuation along the centerline of the conical nozzle\u27s divergent section reached Mach 2.844, compared to Mach 2.011 in the planar nozzle, indicating lower flow velocity in the latter. At the nozzle outlet, the flow velocity of the conical nozzle was Mach 2.535, representing a 27.32% increase compared to the planar nozzle, which achieved Mach 1.991. Additionally, the throat area significantly influenced mass flow transit, with the planar nozzle having a larger throat area than the conical nozzle. These findings provide insights into the impact of nozzle geometry on flow characteristics under off-design conditions.En el presente trabajo, el objetivo es determinar el comportamiento de los patrones de flujo del campo de número de Mach y de presión para toberas planas y cónicas fuera de diseño, para el semiángulo de la divergente de 10,85°. Se empleó el código ANSYS-Fluent R16.2 para simular el campo de flujo con el modelo RANS y el modelo de turbulencia SAS para las condiciones de flujo en estado transitorio, para el rango de relaciones de presión de la tobera de NPR 1,97 a 8,91. Los resultados presentan diferentes patrones de flujo de número de Mach y de presión estática entre ambas toberas, donde los frentes de choque normales no tienen las mismas posiciones para un mismo valor de NPR. El pico máximo de la fluctuación del flujo en la línea central de la divergente de la tobera cónica es Mach 2,844, mientras que en la tobera plana es Mach 2,011, por lo que la velocidad del flujo es menor en la tobera plana. La velocidad del flujo a la salida de la tobera cónica es Mach 2,535, la cual es 27,32 % mayor que la velocidad del flujo en la tobera plana, que tiene Mach 1,991. El área de la garganta de la tobera tiene un efecto significativo para el tránsito del flujo másico, ya que el área de la garganta de la tobera plana es mayor con respecto al de la tobera cónica
Efecto de variables de proceso en el comportamiento mecánico y térmico de un composite de polipropileno reforzado con fibras cortas de bambú por compresión en caliente
Get PDFThis study investigates the effect of fiber content and coupling agent concentration on the mechanical and thermal behavior of a polypropylene-based composite. The materials were fabricated via hot compression molding using pellets composed of polypropylene (PP) modified with maleic anhydride-grafted polypropylene (MAPP) and reinforced with short bamboo fibers derived from Guadua angustifolia Kunth (GAK). The fibers were previously extracted through the steam explosion technique. The research was carried out in two stages: first, the composite materials were produced; second, their mechanical and thermal properties were comprehensively characterized. The incorporation of GAK fibers and MAPP significantly altered the mechanical performance of the PP matrix, yielding stiffer composites with improved flexural strength and impact resistance. The optimal formulation, containing 50 wt% GAK fibers and 4 wt% MAPP, resulted in a 322% increase in elastic modulus (2.9 GPa) compared to neat polypropylene (0.7 GPa). Both variables, fiber content and compatibilizer concentration, were found to exert a substantial influence on the mechanical behavior of the resulting composites.En este trabajo se estudió el efecto de la concentración del refuerzo y del agente de acople en el comportamiento mecánico y térmico de un material compuesto, procesado mediante la técnica de moldeo por compresión en caliente (MCC), a partir de una matriz de polipropileno (PP) modificada con anhídrido maleico injertado en polipropileno (MAPP) y reforzada con fibras cortas de bambú de la especie Guadua angustifolia Kunth (GAK). Las fibras fueron extraídas previamente mediante la técnica de steam explosion. La investigación se desarrolló en dos etapas. En la primera, se elaboraron los materiales compuestos poliméricos y, en la segunda, se realizó la caracterización mecánica y térmica de los mismos. La adición de las fibras de GAK y del agente de acople (MAPP) al polipropileno, modificó el comportamiento mecánico de la matriz, obteniéndose materiales más rígidos, con una mayor resistencia a la flexión y mayor absorción de la energía de impacto. La mejor configuración del material compuesto fue con el 50 % p/p de fibras de GAK y el 4 % p/p de MAPP, lo que permitió obtener un incremento sustancial en el módulo de elasticidad del 322 % (2,9 GPa) en relación con el PP virgen (0,7 GPa). Ambos factores tuvieron un efecto significativo en el comportamiento mecánico del composite
Diseño de un medidor didáctico de consumo de energía eléctrica para uso residencial
Get PDFThis study presents the design and implementation of an interactive, user-friendly electronic meter for energy consumption measurement. The proposed system serves as an educational tool for teaching electrical installations, offering a practical and hands-on learning experience. The primary objective is to develop an interactive meter tailored for residential use, capable of providing real-time feedback on energy consumption. Its deployment in educational institutions enhances the comprehension of technical concepts, while also proving beneficial in community outreach workshops focused on residential electrical systems. The system consists of a battery-powered setup featuring an ESP32 module for voltage and current data acquisition, an SPI-connected LCD screen for local data visualization, and a WiFi module for real-time data transmission to a cloud-based database. Designed to be reproducible, cost-effective, and open source, the system represents an accessible and versatile solution for energy monitoring applications. Validation tests were conducted over five months in both laboratory and residential environments. The results demonstrated high measurement accuracy, with error margins below 5% for voltage, current, energy consumption, and estimated costs. These findings confirm that the developed interactive energy meter is a reliable and effective tool for monitoring residential energy usage while fostering educational and community-based learning experiences.Este trabajo presenta el diseño e implementación de un sistema de medición de consumo de energía eléctrica mediante un medidor electrónico interactivo y amigable para el usuario. Este sistema constituye una herramienta didáctica para la enseñanza de instalaciones eléctricas, ofreciendo una experiencia práctica y educativa. El objetivo principal es desarrollar un medidor interactivo para uso residencial que proporcione retroalimentación en tiempo real sobre el consumo energético. Su implementación en instituciones educativas no solo facilita la comprensión de conceptos técnicos, sino que también resulta valiosa en talleres prácticos de vinculación social enfocados en instalaciones eléctricas residenciales. El sistema consta de una batería, un módulo ESP32 para adquirir datos de voltaje y corriente, una pantalla LCD conectada por SPI para visualización local y un módulo wifi que transmite los datos a una base de datos en la nube. Su diseño es reproducible, económico y de código abierto, lo que lo convierte en una solución accesible y versátil. Pruebas realizadas durante cinco meses en laboratorios y domicilios validaron su precisión, con márgenes de error menores al 5 % en voltaje, corriente, energía y costos estimados. Los resultados confirman que este medidor interactivo es una herramienta eficaz, viable e interactiva para el monitoreo energético en entornos residenciales