Ingeniería y Universidad

Livelihood Factors, Explaining Water Consumption in a (de facto) Multiple Uses Water System in Colombia

In developing countries, rural water supply systems, generally planned for a single purpose, are used for domestic and productive activities. Research has found linkages between access to water and livelihoods, thus, promoting the implementation of Multiple Uses of Water Systems (MUS). However, there is concern on how users with more productive assets may exploit the highest levels of service promoted by MUS affecting users with fewer chances to use water productively. This article analyses through a case study and using multivariate techniques (Principal Component Analysis and Cluster Analysis): key variables to characterize the users of a de facto MUS; identifies groups of users according to those variables, and discusses implications of the findings in the design and management of systems. Results show correlations for the variables Homestead Area, Storage Capacity and Number of Cows, with Household Water Consumption. Two groups of customers with statistically significant differences for key variables are identified. The results suggest that rural water systems should not be designed with household size as the only criterion. It also highlights the need of managerial rules for equitable access to water in systems, recognizing diversity of users, livelihoods and thus, water demands.

En países en desarrollo, sistemas de abastecimiento de agua rurales, generalmente planeados para un propósito, se usan para actividades domésticas y productivas, que evidencian relaciones entre acceso al agua y medios de sustento. Estas relaciones han impulsado sistemas de usos múltiples del agua (MUS). Sin embargo, hay preocupación de que usuarios con mayores activos productivos puedan beneficiarse de los mayores niveles de servicio de MUS y afecten a usuarios con menor capacidad para usar el agua productivamente. Esta investigación emplea un caso de estudio y técnicas multivariadas para: a) identificar variables clave para caracterizar los usuarios de un MUS de hecho; b) identificar grupos de usuarios acorde con dichas variables y c) plantear implicaciones de los hallazgos en el diseño y gestión de sistemas. Se encontraron correlaciones entre: tamaño de predio, capacidad de almacenamiento, unidades de vacas, y consumo de agua. Se identificaron dos grupos de usuarios con diferencias estadísticamente significativas para variables clave. Se concluye que los sistemas rurales no deben restringirse al tamaño de hogar como único criterio de diseño. Así mismo, se deben adoptar estrategias de gestión para garantizar acceso equitativo al agua, reconociendo la diversidad de usuarios, medios de sustento y, por tanto, de demandas de agua.

Design of Optimum Electromagnetic Absorbers in the Wireless Communications Range

This article shows the most relevant results, related to the optimum design of a multilayer electromagnetic absorber for the wireless communications range. It was designed through two optimization strategies, a metaheuristic (Particle Swarm Optimization [PSO]) and a deterministic one (Interval Analysis). Despite achieving similar results, the last one proved to require an increased amount of computation time. Nevertheless, and due to its nature, the solution achieved was unique, while in PSO the results reproducibility was low, possibly due to the high complexity of the objective function.

En este artículo se presentan los principales resultados asociados con el diseño óptimo de un absorbedor electromagnético plano multicapa, para el rango de frecuencias de las comunicaciones inalámbricas. Se diseñó mediante dos estrategias de optimización: una metaheurística (el algoritmo de enjambre de partículas) y otra determinística (el análisis de intervalos). A pesar de que se alcanzaron resultados similares, el método de intervalos mostró consistentemente un mayor tiempo de cómputo. Sin embargo y dada su naturaleza, su solución fue única, mientras que el método de enjambre de partículas mostró una limitada reproducibilidad en sus resultados, debido posiblemente al alto grado de complejidad de la función objetivo.

Analysis and Detection in V-Formations with Outliers

A diversity of movement patterns may be identified when studying a set of moving entities. One of these patterns is called V-formation since its shape resembles such letter. Informally, a set of entities shows a V-formation if they are located in one of its two characteristic lines. In this paper, we propose a model for identifying V-formations with outliers in a list of moving entities. An outlier is an entity of the formation that is apart from its characteristic lines. We present the formal rules of our model and an algorithm for detecting outliers. Our model was validated in NetLogo, a programming and modeling environment for simulating natural and social phenomena.

Una gran variedad de patrones de movimiento puede ser identificada cuando se estudia un conjunto de entidades móviles. Uno de estos patrones se denomina formación en V, ya que su forma se asemeja a dicha letra. Informalmente, un conjunto de entidades exhibe una formación en V si está ubicado en una de sus dos líneas características. En este artículo se propone un modelo para identificar formaciones en V con outliers en una lista de entidades móviles. Un outlier es una entidad de la formación que está separada de sus líneas características. Se presentan las reglas formales del modelo y un algoritmo para la detección de este tipo de entidades. El modelo se validó mediante NetLogo, un ambiente de programación y de modelamiento para simular fenómenos naturales y sociales.

University Course Scheduling and Classroom Assignment

This paper studies a real-life course timetabling and classroom assignment problem found at Universidad de La Sabana, Colombia. The problem is characterized and modeled using integer linear programming. Because of its complexity in the number of decision variables and constraints, a hierarchical two-phase solution approach is proposed: course timetabling firstly, and classroom assignment, secondly. The approach is validated using real data from the first semester of year 2012. Results show that the proposed approach obtains a better utilization of classrooms satisfying both hard and soft constraints of the original problem. A sensitivity analysis is finally carried out, in which it was possible to verify the possibility of reducing both the number of classrooms to be assigned and the number of course groups. Both analyses allow an increase in teaching resource availability and a reduction of total cost.

Este artículo considera el problema real de programación de horarios de clases universitarias y asignación de salones en la Universidad de La Sabana, Colombia. El problema es caracterizado y modelado empleando programación lineal entera. Debido a su alta complejidad en el número de variables de decisión y de restricciones, se propone un enfoque de solución secuencial de dos fases: primero, asignación de horarios a las materias, y segundo, asignación de salones. Este método de resolución es validado empleando datos reales del primer semestre académico de 2012. Los resultados muestran que el enfoque propuesto permite obtener una mejor utilización de los salones, al mismo tiempo que se satisfacen las restricciones duras y blandas del problema original. Se realiza también un análisis de sensibilidad con el cual fue posible verificar la posibilidad de reducir tanto el número de salones que se van a asignar como el número de grupos de cada materia. Ambos análisis incrementan la disponibilidad de los recursos docentes y reducen los costos de la programación.

Performance of Wavelet Packet Division Multiplexing

Este artículo presenta los resultados de extensas simulaciones acerca de la técnica de transmisión multiusuario llamada multiplexación por división de paquetes wavelet (WPDM). Sus ventajas son la capacidad de transmisión múltiple de señales de una forma robusta y flexible. Las señales de los usuarios son codificadas por funciones base de la familia wavelet packet. La evaluación del desempeño de la multiplexación WPDM fue desarrollada sobre tres condiciones del canal de transmisión: ruido AWGN, desvanecimiento plano Rayleigh y desvanecimiento selectivo en frecuencia.

This article presents the results of extensive simulation about the multiuser transmission technique, named Wavelet Packet Division Multiplexing (WPDM). Its advantages are the capability of multiple signals transmission, in a flexible and robust form. The signals of the multi users are coded by bases functions of the wavelet packet (WP) family. The performance evaluation of the WPDM multiplexing was conducted over three conditions on the transmission channel: AWGN noise, Flat fading Rayleigh and frequency-selective fading.

Effect of Change in Land Use due to Oil Palm Cultivation for Biodiesel Production in Colombia

La producción y uso de la bioenergía, particularmente los biocombustibles, se ha extendido en el mundo como posible solución a la crisis energética y ambiental, resultante de la extracción y quema de los combustibles de origen fósil. Sin embargo, las características propias de la cadena de suministro de los biocombustibles traen como consecuencia que se generen importantes incertidumbres. Uno de los puntos críticos es la evaluación del cambio en el uso del suelo en la etapa de obtención de las materias primas. En el presente documento se calcula el tiempo de reposición, en el caso de reemplazar selva nativa, tierras marginales y tierras degradadas para el cultivo de palma aceitera en Colombia, con el fin de aumentar la producción de bio-diésel en Colombia. Adicionalmente, se estudia el efecto sobre las emisiones de gases de efecto invernadero por la expansión necesaria para suplir la demanda de mezclas B20. Los resultados indicaron que el cultivo de palma sobre tierras marginales y degradadas no genera deuda de carbono; más aún, aumenta el potencial de captación de carbono de dichas tierras. En cuanto a la expansión, la zona oriental es la única que conserva el poder de captación de carbono por cultivo de palma.

The bioenergy (especially biofuels) production and use has been worldly encouraged as a possible solution for the energy crisis caused by fossil fuel extraction and burnt. However, some intrinsic features of the biofuels supply chain generate notable uncertainties. The land use change can be considered a key issue of the feedstock production stage. In this work, the carbon replacement time was calculated for the cases of the oil palm growing in soils for forest, degraded lands and marginal lands. Most cultivated lands are required to increase the biodiesel production in Colombia. Additionally, the greenhouse gas emission from the land use change was calculated, when the palm crops are extended to achieve B20 blends. The results indicated that the palm crop growing on degraded and marginal lands, as well as palm cultivated in Eastern zone, do not generate carbon debt. Moreover, oil palm growing under these conditions helps to increase the carbon captures of these lands. The Eastern zone shows the highest carbon capture power.

Guidelines for Designing Usable Applications in Interactive Digital Television Environments

Con el inminente despliegue que tendrá la televisión digital en los próximos años, tras el apagón analógico y considerando que la interactividad es una de sus principales ventajas, se requiere un estudio de la usabilidad de las aplicaciones interactivas en las cuales el usuario participa de manera activa durante la emisión de un contenido multimedia. Por lo anterior, es necesario encontrar el modo más adecuado para diseñar aplicaciones usables en entornos de televisión digital interactiva (TDi). Este artículo presenta un conjunto de directrices para el diseño de aplicaciones usables en entornos de TDi, propuestas a partir de un conjunto de evaluaciones de usabilidad realizadas en el Laboratorio de Televisión Digital de la Universidad del Cauca de Colombia.

Digital television will have an imminent deployment in the next coming years, and considering that interactivity is one of the main advantages of this kind of systems, it is required a study of the usability of interactive applications in which the user actively participates during the transmission of a television program. Therefore it is necessary to find the best way to design usable applications in interactive Digital Television environments (iTV). This paper presents a set of guidelines supporting design of usable applications in iTV environments, which have been proposed from a set of usability evaluations conducted at the Digital Television Laboratory of the Universidad del Cauca (Colombia).

Switched Antenna Pattern with Reduced Area for the Industrial, Scientific and Medical 2.45 GHz Band

En el artículo se presenta el diseño y la comprobación experimental de una antena de patrón conmutado con SLL reducido, conformada por un arreglo lineal de antenas acopladas por abertura de 1X6 elementos y alimentada por una matriz Butler 4X6 de área reducida, que opera en la banda industrial, científica y médica de 2,45 GHz. La antena es diseñada y fabricada nacionalmente con tecnología microstrip multicapa, compacta, con espesor total de 62 milésimas de pulgada y con capacidad para conmutar 4 haces.

In this paper the design and experimental verification of a switched beam antenna with low SLL, formed by an aperture-coupled linear array antenna 1X6 elements and fed by a 4X6 reduced Butler matrix for the SIM (Industrial, Scientific and Medical) band in 2.45 GHz is presented. The antenna was designed and manufactured domestically with a compact multilayer microstrip technology, total thickness of 62 mil, and the ability to switch 4 beams.

Stator Failure Diagnosis for Squirrel Cage Induction Motors through the Negative Sequence Current

En este trabajo se presenta un modelo matemático para obtener un indicador de falla en el estator basado en la corriente de secuencia negativa, el cual puede utilizarse en sistemas de diagnóstico en línea al separar los efectos del desbalance de voltaje y las asimetrías constructivas de la máquina. Se presentan resultados sobre la aplicación experimental de la técnica propuesta mediante una alternativa computacionalmente económica. Los resultados de la aplicación del modelo se validan mediante ensayos de laboratorio en un motor modificado especialmente y se obtienen resultados aplicados a dos motores de mayor potencia, los cuales fueron exitosamente diagnosticados por fallas en el estator. El resultado del trabajo es un modelo de gran aplicabilidad por ser poco invasivo y de bajo costo computacional, para diagnosticar un tipo de falla de evolución rápida que lleva en un corto tiempo al colapso térmico del bobinado de la máquina con los consecuentes costos de reparación.

This paper presents a mathematical model to obtain a failure indicator of stator faults based on the negative sequence component of the electric current. The model can be used in online diagnosis systems to separate the effects of voltage unbalance factor and the constructive asymmetries of the machine. Results of the application of the model were validated trough laboratory tests made into a specially modified motor and results were applied to success diagnosis of two motors of higher electrical power. As a main result of the work, a low computational model was obtained to diagnose a quick evolution failure that can evolve quickly to a thermal collapse of the stator winding with consequent repair costs.

Analysis of Nutritional and Functional Properties of Dry Guava

Overproduction of guava (Psidium guajava L.) causes postharvest losses and it has negative impacts on the environment and the economy. Drying is a method that allows to prolong the lifetime of the product and facilitates the transport and storage of it; but, it can also cause changes in the physicochemical and functional properties of some of its components. We studied the drying kinetics under forced convection with hot air at 30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C, and 70 °C, with a constant air speed of 3 m/s. The vitamin C content was evaluated by the method of the 2-nitroaniline; and the sugar content by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). We also studied the technical and functional properties of the dietary fiber. The tests were performed bytriplicate and the Tukey test was applied to the results. The drying time decreases with increasing temperature. The highest content of vitamin C and saccharose was presented at 40 °C. The highest content of glucose and fructose, and the best properties of the dietary fiber were obtained at 70 °C.

La sobreproducción de guayaba (Psidium guajava L.) causa pérdidas en la poscosecha y tiene impactos negativos en el medio ambiente y la economía. El secado es un método que permite prolongar la vida útil del producto, facilita su transporte y almacenamiento, y puede ocasionar modificaciones en las propiedades fisicoquímicas y funcionales de algunos de sus componentes. Se estudió la cinética de secado por convección con aire caliente a 30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C y 70 °C, con velocidad del aire constante de 3 m/s. Se evaluó el contenido de vitamina C por el método de la 2-nitroanilina, el contenido de azúcares por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) y las propiedades técnico-funcionales de la fibra dietaria. Las pruebas se realizaron por triplicado, y a los resultados se les aplicó la prueba de Tukey. El tiempo de secado disminuye al incrementar la temperatura: a 40 °C se presentó el mayor contenido de vitamina C y sacarosa, a 70 °C se obtuvo el mayor contenido de glucosa y fructosa, a 70 °C se presentaron las mejores propiedades de la fibra dietaria.

Warning and Rehabilitation System Using Brain Computer Interface (BCI) in Cases of Bruxism

This research proposes a Bruxism rehabilitation system designed to achieve recovery without the need of mouth devices which tend to be annoying to patients. The system is based on the capture of neural signals by detecting brain activity related to Bruxism processes. For the detection of these events, we used an easy access, commercial, low-price Brain Computer Interface (BCI). The rehabilitation system generates an alert sound that prevents the patients' teeth to wear down during the hours of sleep without awakening them.

Este artículo propone un sistema de rehabilitación diseñado para pacientes que sufren de bruxismo, con el fin de que se recuperen sin necesidad de utilizar dispositivos dentro de la boca, los cuales suelen ser molestos para quienes los usan. El sistema está basado en la captura de neuroseñales que detectan la actividad cerebral correspondiente a eventos del bruxismo. Para la detección de estos eventos se empleó un dispositivo comercial BCI de fácil adquisición y bajo precio. El sistema de rehabilitación genera una alerta sonora que impide el desgaste de los dientes a los usuarios sin llegar a despertarlos.