Ciencia e Ingeniería Neogranadina

Editorial

Characterization and Processing of Phosphate Rock as a Raw Material for Potential Use as Biomaterials

Abstract: Seventy-five percent of the phosphate rock extracted is used for the production of phosphoric acid. However, during the leaching process, it is also possible to dissolve calcium compounds, allowing for the extraction of phosphorus and calcium ions from the resulting solution. This study focused on the application of hydrometallurgical processes directly to phosphate rockto obtain calcium phosphates with potential applications in the manufacture of biomaterials. After a physicochemical characterization of four phosphate rock samples, one sample was subjected to a hydrometallurgical process using nitric acid. The leachate was then neutralized with sodium hydroxide to achieve a pH between 4.5 and 12. One sample of the precipitate was dried at ambient temperature, while another was dried at 70°C. Depending on the pH and the Ca/P molar ratio, three types of calcium phosphates were obtained. X-ray diffraction analysis identified the three phases as octacalcium phosphate, hydroxyapatite, and monetite, all of which are recognized as biomaterials.

Resumen: El 75% de la roca fosfórica extraída se destina a la producción de ácido fosfórico, pero en el proceso de lixiviación también es posible disolver compuestos de calcio, permitiendo obtener iones de fósforo y calcio en la solución resultante. El presente trabajo se centró en la aplicación de procesos hidrometalúrgicos directamente a la roca fosfórica para la obtención de fosfatos de calcio con potencial aplicación para fabricación de biomateriales. Luego de una caracterización físico química de 4 muestras de roca fosfórica, una muestra de roca fosfórica fue sometida a un proceso hidrometalúrgico con ácido nítrico. El lixiviado se neutralizó con hidróxido de sodio a pH entre 4.5 y 12. Una muestra del precipitado se secó a temperatura ambiente y la otra a 70°C. Con este proceso, dependiendo del pH y la relación molar Ca/P se obtuvo tres tipos de fosfatos de calcio. A través de la difracción de rayos X se identificaron que las tres fases eran fosfato octacálcico, hidroxiapatita y monetita, las cuales son reconocidas como biomateriales.

Resumo: Cerca de 75% da rocha fosfática extraída é destinada à produção de ácido fosfórico, mas, no processo de lixiviação, também é possível dissolver compostos de cálcio, permitindo a obtenção de íons de fósforo e cálcio na solução resultante. Este trabalho concentrou-se na aplicação de processos hidrometalúrgicos diretamente à rocha fosfática para a obtenção de fosfatos de cálcio com potencial aplicação na fabricação de biomateriais. Após uma caracterização físico-química de quatro amostras de rocha fosfática, uma delas foi submetida a um processo hidrometalúrgico com ácido nítrico. O lixiviado foi neutralizado com hidróxido de sódio, ajustando-se o pH entre 4,5 e 12. Uma amostra do precipitado foi seca à temperatura ambiente e outra a 70 °C. Com esse processo, dependendo do pH e da relação molar Ca/P, foram obtidos três tipos de fosfatos de cálcio. Por meio de difração de raios X, identificou-se que as três fases correspondem a fosfato octacálcico, hidroxiapatita e monetita, reconhecidos como biomateriais.

Leaf Segmentation in Banana Cultivation Systems: Applications of Photogrammetric Workflow and Remote Sensing Using Multispectral Images from Unmanned Aerial Vehicles

Resumen: Este estudio presenta una metodología para lograr la segmentación foliar en sistemas de producción de cultivos de banano, utilizando imágenes multiespectrales provenientes de una aeronave no tripulada (UAS, por sus siglas en inglés), procesamiento fotogramétrico y aplicación de teledetección con Sistemas de Información Geográfica (SIG). En esta se plantea la integración de procesos como: 1) diseño de vuelo y captura de imágenes multiespectrales con UAS (multirrotor) en áreas prioritarias dentro del sistema de producción; 2) procesamiento fotogramétrico de imágenes RGB y multiespectrales; 3) explotación con SIG de los productos fotogramétricos para apoyar la segmentación (ortoimágenes y modelos digitales de alturas forestales); 4) validación de la segmentación, y 5) aplicaciones para el seguimiento de zonas focalizadas, utilizando índices de vegetación enfocados solo en la estructura foliar segmentada. Los resultados demuestran una diferenciación aceptable de la estructura foliar tanto en áreas de cultivo fragmentadas como densamente explotadas. Además, permite la aplicación de índices de vegetación como apoyo para seguimientos rutinarios y como primer criterio para identificar sospechas de enfermedades foliares. En este sentido, este estudio se presenta como una contribución de la aplicación práctica en condiciones reales de operación, brindando pautas para el avance hada una tecnificación de sistemas de producción de banano, tomando como caso de estudio particular a una de las principales actividades económicas del Caribe colombiano.

Abstract: This study presents a methodology for leaf segmentation in banana cultivation systems using multispectral images acquired from an unmanned aerial system (UAS), photogrammetric processing, and remote sensing applications within Geographic Information Systems (GIS). The proposed approach Integrates the following processes: (1) flight planning and multispectral image acquisition with a multirotor UAS in priority areas of the production system; (2) photogrammetric processing of RGB and multispectral images; (3) GIS-based analysis of photogrammetric products, such as ortho-photos and digital surface models, to support segmentation; (4) segmentation validation; and (5) application of vegetation Indices focused exclusively on the segmented leaf structure for targeted monitoring. The results demonstrate effective differentiation of leaf structures in both fragmented and densely cultivated areas. Additionally, the methodology facilitates the application of vegetation indices to support routine monitoring and serves as a primary criterion for identifying potential foliar diseases. In this context, the study offers a practical contribution under real operational conditions, providing guidelines for advancing the technological enhancement of banana production systems. It focuses on a case study of one of the most significant economic activities in the Colombian Caribbean.

Resumo: Este estudo apresenta uma metodologia para segmentação foliar em sistemas de produção de banana, utilizando imagens multiespectrais capturadas por aeronaves não tripuladas (UAS, na sigla em inglês), processamento fotogramétrico e aplicação de sensoriamento remoto com Sistemas de Informação Geográfica (SIG). A abordagem integra os seguintes processos: 1) planejamento de voo e captura de imagens multiespectrais com uas (multirrotor) em áreas prioritárias dentro do sistema de produção; 2) processamento fotogramétrico de imagens rgb e multiespectrais; 3) análise dos produtos fotogramétricos no sig para apoiar a segmentação (ortoimagens e modelos digitais de altura da vegetação); 4) validação da segmentação; e 5) aplicação para monitoramento de áreas específicas, utilizando índices de vegetação focados exclusivamente na estrutura foliar segmentada. Os resultados demonstram uma diferenciação eficiente da estrutura foliar em áreas de cultivo fragmentadas e intensamente exploradas. Além disso, a metodologia possibilita o uso de índices de vegetação para monitoramento regular e como critério inicial para a identificação de possíveis doenças foliares. Assim, este estudo representa uma contribuição prática para a aplicação da tecnologia em condições reais de operação, fornecendo diretrizes para a modernização dos sistemas de produção de banana. O caso de estudo foi conduzido em uma das principais regiões produtoras do Caribe colombiano.

Geophysical Characterization and Hazard Zoning for Mass Wasting on the Slopes Between km 21 and 23 of the Zanjón-Pueblo Bello Road, Cesar

Resumen: En este manuscrito se presenta el análisis de una amenaza por remoción de laderas mediante técnicas determinísticas y heurísticas a escala 1:5000, entre los km 21 a 23 de la vía Zanjón-Pueblo Bello, identificándose las unidades geológicas predominantes, analizadas geotécnicamente y determinándose los elementos geomorfológicos, complementados con estudios geofísicos con tomografías eléctrica de resistividad (TER), para obtener información de los diferentes tipos de suelos a profundidad por medio de datos de resistividad y búsqueda del nivel freático. Los materiales expuestos en las laderas por lo general son arena fina a gruesa (A-3) compuesta mineralógicamente de cuarzo y pequeñas cantidades de arcilla de tipo caolín, atribuidas a la alteración de los feldespatos de la facies cuarzomonzonita del Batolito de Pueblo Bello, que geotécnicamente exhibe una baja o nula plasticidad, favoreciendo la filtración de agua, la presión de poros y la poca resistencia al corte. Al incorporar los factores condicionantes y desencadenantes se obtuvo el mapa de amenaza por remoción en masa con predominios del 15 % del área con un grado de amenaza muy alta, un 60 % con grado alto, un 15 % con grado medio, un 5 % que cubren zonas con grado bajo y otro 5 % con grado muy bajo. Esto confirma que las fuertes pendientes de las laderas y la presencia de arcilla en el material causa principalmente una amenaza de alto grado, por su respuesta ante el contacto con el agua, generando desequilibrios, a tal punto de producir deslizamientos que afectarán a las comunidades allí asentadas.

Abstract: This manuscript presents a slope landslide hazard analysis using deterministic and heuristic techniques at a 1:5000 scale in the section between Km 21 and Km 23 of the Zanjón-Pueblo Bello road. The study identifies the predominant geological units, analyzes their geotechnical properties, and determines the relevant geomorphological elements. These analyses are complemented by geo physical studies using Electrical Resistivity Tomography (ERT) to obtain subsurface information on different soil types through resistivity data and to locate the water table. The exposed slope materials primarily consist of fine to coarse sand (A-3), mineralogically composed of quartz with small amounts of kaolin-type clay. This clay is attributed to the alteration of feldspars within the quartz monzonite facies of the Pueblo Bello Batholith. Geotechnically, these materials exhibit low or no plasticity, facilitating water infiltration, increasing pore pressure, and reducing shear strength. Considering these conditioning and triggering factors, a mass-wasting hazard map was generated. The results indicate that 15% of the area presents a very high hazard, 60% a high hazard, 15% a medium hazard, 5% a low hazard, and 5% a very low hazard. These findings confirm that the steep slopes and the presence of clay significantly contribute to the high hazard level, as their interaction with water leads to instability and potential landslides, which pose a threat to the communities in the region.

Resumo: Este manuscrito apresenta a análise da ameaça por movimentação de encostas por meio de técnicas determinísticas e heurísticas na escala 1:5000, entre os km 21 e 23 da rodovia Zanjón Pueblo Bello. Foram identificadas as unidades geológicas predominantes, analisadas geotecnicamente e determinados os elementos geomorfológicos, complementados por estudos geofísicos utilizando tomografias elétricas de resistividade (TER), para obter informações sobre diferentes tipos de solos em profundidade, com base em dados de resistividade e na localização do nível freático. Os materiais expostos nas encostas são predominantemente areia fina a grossa (A-3), compostos mineralogicamente por quartzo e pequenas quantidades de argila do tipo caulinita, resultante da alteração de feldspatos da facies quartzomonzonítica do Batólito de Pueblo Bello. Do ponto de vista geotécnico, esse material apresenta baixa ou nenhuma plasticidade, favorecendo a infiltração de água, o aumento da pressão de poros e a baixa resistência ao cisalhamento. Ao considerar os fatores condicionantes e desencadeantes, foi gerado um mapa de ameaça por movimentação de massa, indicando que 15% da área apresenta grau de ameaça muito alto, 60% grau alto, 15% grau médio, 5% grau baixo e 5% grau muito baixo. Esses resultados confirmam que a forte inclinação das encostas e a presença de argila no material aumentam significativamente o risco, pois o contato com a água gera instabilidade, podendo resultar em deslizamentos que impactam as comunidades locais.

Production of Briquettes from Coke Dust Waste as an Alternative Fuel for Industry

Resumen: Este documento presenta los hallazgos del proyecto de briqueteado de polvo de coque en la empresa Germán Franco Carbón SAS. Se usan como materia prima, residuos de polvo de coque de siete distribuciones granulométricas distintas, y como aglutinante, almidón de maíz mezclado con agua desmineralizada. Como resultado se obtiene un polvo de coque mesoporoso que al aglomerarse con el almidón de maíz se logra una briqueta con un poder calorífico 17 % menor que el obtenido de una muestra de coque comercial, pero semejante al obtenido en un carbón térmico de alto volátil (entre 5800 y 7800 kcal/kg). Así mismo, se alcanza una temperatura de ignición de 700 °C, la cual es 90 °C mayor que la muestra de coque. En conclusión, las briquetas son una alternativa al uso de coque en procesos de combustión, tienen la ventaja de no requerir carbón para su fabricación, ya que se usa polvo residual del proceso de coquización, siendo una alternativa que contribuye a procesos de productividad sostenible.

Abstract: This document presents the results of a coke dust briquetting project conducted at Germán Franco Carbón SAS. Coke dust residues from seven different granulometric distributions were used as raw material, with corn starch mixed with demineralized water serving as the binder. The briquettes produced have a calorific value approximately 17% lower than that of commercial coke. However, despite this reduction, their calorific value remains comparable to that of high-volatile thermal coal, which typically ranges from 5,800 to 7,800 kcal/kg. Additionally, the ignition temperature of the briquettes was recorded at 700 °C, which is 90 °C higher than that of the commercial coke sample. In conclusion, briquettes present a viable alternative to coke in combustion processes. A key advantage is that they can be produced using residual dust from the carbonization process, eliminating the need for additional coal. This characteristic makes briquettes a more sustainable option, contributing to environmentally friendly and efficient industrial processes.

Resumo: Este documento apresenta os resultados do projeto de briquetagem de pó de coque na empresa Germán Franco Carbón SAS. Como matéria-prima, utilizam-se resíduos de pó de coque de sete distribuições granulométricas distintas, e, como aglutinante, amido de milho misturado com água desmineralizada. O resultado é um pó de coque mesoporoso que, ao ser aglomerado com o amido de milho, forma um briquete com um poder calorífico 17% inferior ao de uma amostra de coque comercial, mas semelhante ao de um carvão térmico de alto teor volátil (entre 5800 e 7800 kcal/kg). Além disso, alcança uma temperatura de ignição de 700 ºC, 90 ºC superior à da amostra de coque. Conclui-se que as briquetes são uma alternativa ao uso de coque em processos de combustão, com a vantagem de não requerer carvão para sua fabricação, pois utilizam pó residual do processo de coquização, representando uma opção que contribui para a produtividade sustentável.

Proposal of a Flying-Cutting Plant for the Development of Control Systems in Academic Environments

Abstract: This paper presents a proposal for a flying-cutting plant designed using the SketchUp tool for 3D modeling and constructed with electronic devices and other low-cost components. The proposed prototype aims to facilitate the implementation of control strategies in academic settings, such as laboratory practices. The primary contribution of this work is the development of a scaled, cost-effective industrial prototype that can be operated and controlled using various software and hardware tools. The plant features a conveyor belt and a mechanical arm for continuous cutting, enabling it to emulate the operation of large-scale industrial processes. To validate the design, the plant was simulated using a continuous and discrete transfer function as its mathematical representation, obtained through an identification process performed with MATLAB'S PID Tuner. Performance tests were then conducted using tools such as Simulink and Code Composer Studio by Texas Instruments. After validation, operation and shear tests were carried out on the physical prototype, employing a classical control technique.

Resumen: Una propuesta de planta de corte al vuelo es presentada en este artículo. La planta fue diseñada usando la herramienta SketchUp para modelado 3D y construida usando dispositivos electrónicos y otros elementos de bajo costo. El propósito del prototipo propuesto centra su aplicación en entornos académicos a través del desarrollo de estrategias de control en prácticas de laboratorio. Una contribución importante del trabajo realizado estuvo en el diseño de un prototipo industrial a escala y de bajo costo, que brinda la posibilidad de ser operado y controlado a través de diferentes sistemas embebidos que integran elementos tanto a nivel de software como de hardware. La planta cuenta con una banda transportadora y un brazo mecánico para corte continuo que permite emular el funcionamiento de procesos industriales de gran escala. Como resultados, se realizaron simulación de la planta mediante una función de transferencia continua y discreta como representación matemática, la cual fue obtenida a través de un proceso de identificación realizado en PIDTuner de MATLAB. Posteriormente, se realizaron pruebas de desempeño a través de herramientas como Simulink y Code Composer Studio de Texas Instruments y, una vez validado su funcionamiento, se implementaron pruebas de operación y de corte en el prototipo construido empleando una técnica de control clásica.

Resumo: Uma proposta de planta de corte em voo é apresentada neste artigo. A planta foi projetada utilizando a ferramenta SketchUp para modelagem 3D e construída com dispositivos eletrônicos e outros elementos de baixo custo. O propósito do protótipo proposto centra sua aplicação em ambientes acadêmicos por meio do desenvolvimento de estratégias de controle em práticas de laboratório. Uma contribuição importante do trabalho realizado foi o design de um protótipo industrial em escala e de baixo custo, que possibilita sua operação e controle através de diferentes sistemas embarcados que integram elementos tanto de software quanto de hardware. A planta conta com uma esteira transportadora e um braço mecânico para corte contínuo, permitindo emular o funcionamento de processos industriais de grande escala. Como resultados, foram realizadas simulações da planta por meio de uma função de transferência contínua e discreta como representação matemática, obtida através de um processo de identificação realizado no PIDTuner do MATLAB. Posteriormente, foram conduzidos testes de desempenho utilizando ferramentas como Simulink e Code Composer Studio da Texas Instruments e, após a validação de seu funcionamento, foram implementados testes de operação e corte no protótipo construído, empregando uma técnica de controle clássica.

Towards a Pluralistic and Pragmatic Conception of Scientific Methods

Resumen: Este texto replantea y reformula la idea de método científico frente a los puntos de vista más comunes: por un lado, la concepción tradicional del método científico como algo general y universal, que opera como una vieja creencia obsoleta, caduca, sostenida por el público en general, en ausencia de una idea mejor. Y por el otro lado, las concepciones críticas de los especialistas que niegan la existencia de tal método o lo relativizan, sin plantear alternativas equivalentes. En el texto se muestran las limitaciones, los equívocos y sesgos que se encuentran en la base de estas posiciones, y se plantea como alternativa una concepción pluralista y pragmática de los métodos en la ciencia. El texto aporta una concepción actual, revisada y crítica sobre estos, a la luz del denominado "giro hacia el estudio de las prácticas científicas".

Abstract: The text rethinks and reformulates the idea of the scientific method in contrast to the most common perspectives: on the one hand, the traditional conception of the scientific method as something general and universal, which persists as an outdated and obsolete belief, maintained by the general public in the absence of a better alternative. On the other hand, the critical perspectives of specialists who either deny the existence of such a method or relativize it without proposing equivalent alternatives. The text highlights the limitations, misconceptions, and biases underlying these positions and proposes a pluralistic and pragmatic conception of scientific methods as an alternative. It offers a contemporary, revised, and critical perspective on these methods in light of the so-called "turn toward the study of scientific practices."

Resumo: Este texto repensa e reformula a ideia de método científico diante das visões mais comuns: por um lado, a concepção tradicional do método científico como algo geral e universal, que opera como uma crença antiga e obsoleta, mantida pelo público em geral na ausência de urna alternativa melhor. Por outro lado, as concepções críticas de especialistas que negam a existência de tal método ou o relativizam, sem apresentar alternativas equivalentes. O texto expõe as limitações, equívocos e vieses que sustentam essas posições e propõe, como alternativa, uma concepção pluralista e pragmática dos métodos na ciência. A obra oferece uma visão atualizada, revisada e crítica sobre o tema, à luz do chamado "giro para o estudo das práticas científicas".

Geohazard: A Database of Landslides and Torrential Floods In Colombia and the Department of Antioquia

Resumen: Colombia es un país caracterizado por su diversidad geográfica y su alta vulnerabilidad a amenazas naturales, tales como movimientos en masa, avenidas torrenciales, sismos, actividad volcánica, huracanes y tsunamis. La convergencia de placas tectónicas y su topografía montañosa son factores que incrementan significativamente el riesgo de desastres por fenómenos naturales. Este artículo analiza los desastres por fenómenos naturales en Colombia mediante el desarrollo del aplicativo web denominado Geohazard, una herramienta que permite la visualización y el análisis de una base de datos sobre movimientos en masa y avenidas torrenciales. El aplicativo integra datos de diversas fuentes, como DesInventar y Simma, proporcionando un recurso valioso para la gestión del riesgo de desastres. Se analizan los patrones espaciales y temporales de estos fenómenos, así como su impacto en términos de víctimas fatales y daños materiales. Los resultados muestran una concentración espacial de estos eventos en las zonas montañosas de los Andes y un ciclo temporal relacionado con las temporadas de lluvias. Este trabajo subraya la importancia de contar con registros históricos sistematizados para implementar medidas efectivas de mitigación y reducir la vulnerabilidad ante desastres por fenómenos naturales en Colombia.

Abstract: Colombia is a country characterized by its geographical diversity and high vulnerability to natural hazards, such as landslides, debris flows, earthquakes, volcanic activity, hurricanes, and tsunamis. The convergence of tectonic plates and its mountainous topography significantly increase the risk of natural disasters. This article analyzes natural disasters in Colombia through the development of the web application called Geohazard, a tool that enables the visualization and analysis of a database on landslides and debris flows. The application integrates data from various sources, such as Desinventar and Simma, providing a valuable resource for disaster risk management. The spatial and temporal patterns of these phenomena, as well as their impact in terms of fatalities and material damage, are analyzed. The results show a spatial concentration of these events in the mountainous areas of the Andes and a temporal cycle related to the rainy seasons. This study highlights the importance of having systematized historical records to implement effective mitigation measures and reduce vulnerability to natural disasters in Colombia.

Resumo: A Colômbia é um país caracterizado pela sua diversidade geográfica e pela sua elevada vulnerabilidade às ameaças naturais, como movimentos de massa, inundações torrenciais, terramotos, atividade vulcânica, furacões e tsunamis. A convergência das placas tectónicas e sua topografia montanhosa são fatores que aumentam significativamente o risco de desastres devido a fenômenos naturais. Este artigo analisa desastres causados por fenômenos naturais na Colômbia através do desenvolvimento da aplicação web chamada Geohazard, uma ferramenta que permite a visualização e análise de um banco de dados sobre movimentos de massa e inundações torrenciais. A aplicação integra dados de diversas fontes, como Desinventar e Simma, fornecendo um recurso valioso para a gestão de riscos de desastres. São analisados os padrões espaciais e temporais destes fenómenos, bem como o seu impacto em termos de vítimas mortais e danos materiais. Os resultados mostram uma concentração espacial desses eventos nas áreas montanhosas dos Andes e um ciclo temporal relacionado às estações chuvosas. Este trabalho destaca a importância de ter registros históricos sistematizados para implementar medidas eficazes de mitigação e reduzir a vulnerabilidade a desastres devido a fenômenos naturais na Colômbia.