Prospectiva

Review: silk fibroin and their potential applications on biodegradable food packaging

RESUMEN El cuidado del medioambiente y el uso responsable de los recursos, ha promovido investigaciones con diferentes biopolímeros que permitan el desarrollo de nuevos materiales que puedan ser empleados en empaques para alimentos. Entre estos biopolímeros se encuentra la fibroína de seda (FS), que representa cerca del 70% de la fibra de seda y puede ser obtenida a partir de capullos de primera calidad o de los desperdicios generados en la producción serícola. En el desarrollo de empaques de alimentos con FS, se pueden dar dos alternativas de producción, una en la que la FS puede ser funcionalizada por otros componentes, y otra en la que se incluye la FS como componente funcional modificando otros biopolímeros. La FS puede conferirle al material de empaque ciertas propiedades, como: aumento de la permeabilidad de oxígeno, resistencia a la rotura y una mayor velocidad de degradación del biopolímero. Este artículo se centra en cuatro temas principales: empaques, biopolímeros en empaques, FS y finalmente, la FS en empaques para alimentos.

ABSTRACT Environmental protection and responsible use of resources, have promoted research of different biopolymers allowing to develop biodegradable materials which can be used in food packaging. Among these biopolymers is silk fibroin (SF), this protein represents nearly 70% of the silk fiber and it can be obtained from high quality cocoons or from waste generated in the silk industry. In the development of food packaging with SF, there are two possible alternative of production, one in what the SF can be functionalized by other components and another in which, the FS is included as functional component modifying other biopolymers. In the case of food packaging, the SF can concede desirable properties to the package such as an increase in oxygen permeability, more tensile strength and a higher biopolymer degradation rate. This paper is focused on four main topics: packaging, biopolymers in packaging, SF and finally, the SF in food packaging.

Removal of zinc (II) from aqueous solutions using cassava peel (Manihot esculenta): column experiments

RESUMEN Se realizó un estudio en una columna de lecho fijo a escala de laboratorio para determinar el comportamiento del tiempo de ruptura para la adsorción de zinc (II) en soluciones acuosas usando como lecho cáscara de yuca (Manihot esculenta), la cual fue pretratada y posteriormente caracterizada. Se evaluó la influencia de la variación de parámetros como la altura del lecho (7 - 23 cm), la concentración inicial de zinc (II) (132 - 468 mg/L) y el flujo de alimentación (7 - 23 mL/min) para determinar el comportamiento del tiempo de ruptura. Los resultados de los experimentos muestran que hay un mayor rendimiento cuando se utilizan el flujo de alimentación y la concentración inicial más bajos, así como la mayor altura del lecho con cáscara de yuca. El tiempo de ruptura óptimo (25 min) se alcanza con una concentración inicial de zinc de 480.23 mg/L, un caudal de alimentación de 23.35 mL/min y una altura de lecho de 12.86 cm, que constituyen la mejor configuración de parámetros. Adicionalmente, se determinó que el comportamiento del tiempo de ruptura puede ser completamente predicho en los rangos de interés por el modelo BDST.

A study was developed in a fixed bed column at laboratory scale to determine the adsorption capacity of zinc (II) in aqueous solutions using cassava peel (Manihot esculenta) as adsorbent, which was pretrea-ted and then characterized. It was evaluated the influence of several variables such as height bed (7 - 23 cm), initial concentration of zinc (II) (132 - 468 mg/L) and flow of the feed solution (7 - 23 mL/min) to determine the behavior of the removal process. Results showed that there was a better performance when the lowest flow of the feed stream, the lowest initial concentration, and the largest height of cas-sava peel bed were employed. The optimal rupture time is reached at an initial concentration of 480.23 mg/L, a feed rate of 23.35 mL/min and a height of cassava peel bed of 12.86 cm and it corresponds to 25.01 min. Additionally, it was determined that the rupture time behavior could be completely predic-ted in the intervals of interest by the BDST model.

Study of the stramberry drying process using microwave dryer

RESUMEN En esta investigación se evaluó el proceso y rendimiento del secado en horno microondas de 10kW de potencia a 2,45GHz empleando fresa para los experimentos. El horno consta de cuatro unidades compuestas por 4 magnetrones cada una que encienden y apagan de forma automatizada para mantener la potencia deseada en la cámara de secado, en cada uno de los experimentos se procesó 0,4kg de muestra dispuesto en una bandeja de aluminio; durante el proceso se midió la pérdida de peso, la temperatura en tiempo real con cinco termómetros infrarrojos instalados dentro de la cámara de secado, el consumo energético y las condiciones ambientales de temperatura y humedad relativa. Las muestras tratadas poseían un contenido de humedad alrededor del 90% y se logró remover un 85% del peso de ésta durante el proceso, asumiendo que los demás compuestos de la fresa no varían. Se encontró que se pueden alcanzar rendimientos de 0,45kg/kWh durante los primeros 15 minutos de proceso alcanzando temperaturas alrededor de los 335K y removiendo el 60% de la humedad contenida.

ABSTRACT This research evaluated the drying process and performance in a microwave oven with 10kW of power at 2,45GHz using strawberry for experiments. The oven consists of four units composed of 4 magnetrons each that turn on and off in an automated way to maintain the desired power in the drying chamber; in each one of the experiments was processed 1kg of sample placed on an aluminum tray. during the process the weight loss, the real-time temperature was measured with five infrared thermometers installed inside the drying chamber, the energy consumption and the environmental conditions of temperature and relative humidity. The treated samples had a moisture content of about 90% and it was possible to remove 85% of the weight during the process, assuming that the other strawberry compounds did not vary. It was found that yields of 0.45 kg/kWh can be achieved during the first 15 minutes of processing reaching temperatures around 335K and removing 60% of the contained moisture.

Auto-tuning of a PID controller implemented in a PLC using swarm intelligence

RESUMEN Este trabajo muestra la implementación en un PLC Allen Bradley de una técnica de inteligencia de enjambres cuya función es determinar el modelo matemático de un sistema o proceso. Con el modelo del sistema encontrado, se calculan los parámetros de un controlador PID que garantizan un comportamiento deseado del sistema. La técnica de inteligencia de enjambres usada para la obtención del modelo del proceso es conocida como optimización por enjambre de partículas. Para probar el funcionamiento del algoritmo implementado en el PLC, se realizaron simulaciones de sistemas dinámicos en un computador de escritorio con el software Matlab, desde este software se estableció conexión con el PLC usando como estándar de comunicación el OPC (OLE for Process Control). De esta manera, Matlab envía información sobre el estado del proceso, y el PLC estima el modelo matemático del sistema, sintoniza el controlador PID para luego enviar al PC una acción de control adecuada. Los resultados mostraron que al comparar el funcionamiento de un PID fijo con el PID auto-sintonizado sus desempeños son similares lo cual es un buen punto de partida para futuras mejoras al esquema presentado. Una de las principales conclusiones de este trabajo es la posibilidad de utilizar algoritmos de control adaptivo usando inteligencia de enjambres en un ambiente industrial.

ABSTRACT This project implements a swarm intelligence algorithm in an Allen Bradley PLC. The task of the algorithm is to estimate a mathematical model of a system or process to allow finding parameters of a PID controller. The algorithm is named particle swarm intelligence and it emulates the behavior of a flock of birds when they are flying. The test of the algorithm in the PLC was made using mathematical models of systems that were simulated in Matlab running over a personal computer (PC). So, a connection between the PLC and PC was made using OPC (OLE for Process Control). This way, Matlab sends information about the state of the process, and the PLC estimates the mathematical model of the system, tuning the PID controller and then it sends to PC a suited control action. The results show that the performance of the system controlled with the adaptive PID is similar to the system controlled using a standard PID. This project shows the potential of to use adaptive control with swarm intelligence on industrial environments.

Performance analysis of a laboratory scale cooling tower for different packing materials, water inlet temperature and mass flow ratio water-air

RESUMEN En el presente trabajo se realizó el diseño, montaje y puesta en marcha de una torre de enfriamiento a escala de laboratorio de 0.15 m de lado y 1.54 m de alto, adecuada con empaques tipo salpicadura hechos de madera, acrílico, hierro y aluminio, y de tipo película hecho de acrílico. Se evaluó el desempeño de la torre a diferentes relaciones de flujo másico L'/G' en el rango de 0.2 a1.0, temperaturas de entrada de líquido en el rango 48-40°C y diferentes materiales y geometrías de empaque. Se desarrolló una correlación no lineal del coeficiente volumétrico global de transferencia de masa Kya como función de los diferentes factores estudiados mediante análisis estadístico. Se notó que el desempeño de la torre de enfriamiento mejora en altos valores de Kya y de eficiencia global cuando se realizaron incrementos de la relación L'/G' operando con empaques que contienen valores bajos de conductividad térmica tal como la madera y el acrílico y usando altos valores de la temperatura del agua de entrada. Un aumento en el área superficial del empaque de un 350% resulta en un incremento en eficiencia hasta de un 30% mostrando la importancia de realizar un análisis de costos de ingeniería.

ABSTRACT In this work it was performed the design, assembling and start up of a laboratory scale cooling tower with 0.15 m side and 1.54 m high, equipped with splash type packaging made of wood, acrylic plastic, iron and aluminum, as well as a film type packing made of acrylic material. The performance of the tower was evaluated at different mass flow ratios L'/G' in the range of 0.2-1.0, liquid inlet temperature between 48-40°C and different material and geometry of the tower packing. It was obtained a non-lineal correlation of the total volumetric mass transfer coefficient Kya as a function of the different factors studied using a statistical analysis. It was observed that the performance of the cooling tower improves to high values of Kya and efficiency in the tower when increasing the relation L'/G' working with tower packing with low thermal conductivity such as wood and acrylic material, and using high values of inlet water temperature. An increase in the surface area of the tower packing to 350% results in an increase in the efficiency to approximately 30% showing the importance of making an engineering cost analysis.

Analysis of elements in local area and remote for teleoperation of AL5A robotic arm

RESUMEN En este artículo se muestra la implementación de un sistema de teleoperación para controlar la posición del efector final del robot manipulador AL5A, a partir de una caracterización y modelamiento cinemático, integrado con herramientas computacionales para comparar el desempeño de tres tipos de dispositivos maestros, un joystick de video juegos, un teléfono móvil y la interfaz háptica Novint Falcon™. Se exploran además dos canales de comunicaciones hacia la zona remota de forma cableada e inalámbrica. Los resultados obtenidos permiten seleccionar como maestro al dispositivo háptico considerando el efecto de un movimiento tridimensional desde la estación de teleoperación local. Bajo las condiciones de la interfaz gráfica desarrollada y las características del software y hardware utilizado, se descarta la comunicación hacia la zona local con protocolo XBee® por los retardos de respuesta que no garantizan seguimiento de posición del robot esclavo.

ABSTRACT This paper describes the implementing a teleoperation system to control the position of the end effector of the AL5A manipulator robot, from a kinematic characterization and modeling, integrated with computational tools to compare the performance of three types of master devices like a video games joystick, a mobile phone and Novint Falcon™ haptic interface. Two channels of communication are studied to the remote area, wired and wireless. The results obtained allow selecting a haptic master device considering the effect of a three-dimensional movement from the local station teleoperation. With the terms of the graphical interface developed and characteristics of software and hardware used, the communication to the local area with XBee® protocol is ruled by response delays that do not guarantee position tracking of the slave robot.

Factors that affect in the collection of the Predial Tax Unified in the Barranquilla city

RESUMEN Los recursos tributarios resultan de gran relevancia en el sostenimiento de las finanzas públicas. El Impuesto Predial Unificado (IPU) es una de las principales fuentes de ingresos del distrito de Barranquilla y su recaudo es afectado por la influencia directa e indirecta de muchos factores. Esta investigación identifica los elementos que tienen una injerencia significativa sobre el recaudo del IPU, para lograrlo, se utilizó como instrumento metodológico un modelo de regresión lineal con serie de tiempo, el cual fue alimentado con los datos de las ejecuciones presupuestales de veintitrés años (1990-2012). Los resultados permitieron establecer que el recaudo del IPU, se encuentra influenciado por la variable ingresos tributarios diferente del predial, la tasa efectiva del recaudo, el avalúo catastral del predio y el tipo impositivo medio.

ABSTRACT Tax resources are of great relevance in the sustainability of public finances. The Unified Predial Tax (UPT) is one of the main sources of income of the Barranquilla district and its collection is affected by direct and indirect influences. This research identifies the elements that have a significant interference on the collection of the UPT. To achieve this, we used as a methodological instrument a linear regression model with time series. The model was fed with the data taken from budgetary executions during twenty-three years (1990-2012). The results established that the collection of the UPT, is influenced by variables property tax revenue, which is different from the effective rate of revenues, the cadastral valuation of the property and the average tax rate.

Influence of Ce in the thiophene hydrodesulfurization using catalytic precursor of alumina supported Anderson-type nickel heteropolyoxomolybdates

RESUMEN El efecto del soporte modificado con cerio en precursores catalíticos de NiMo tipo Anderson sobre la hidrodesulfuración de tiofeno fue investigada. Los sólidos fueron caracterizados por área específica (SBET), difracción de rayos X (DRX) y espectroscopia infrarroja (FTIR). El soporte modificado con cerio se impregnó con una solución acuosa del heteropolioxomolibdato tipo Anderson de Ni. La presencia de (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O y alúmina en fases gamma y gibbsita se verificó por DRX, mientras que el FTIR permitió asignar las características vibracionales de la estructura tipo Anderson, debido a los estiramientos y flexiones de los grupos funcionales presentes. Los soportes γ-Al2O3, γ-Al2O3-Ce y Ce/γ-Al2O3 mostraron mayor área específica (149-66 m2/g) que los precursores catalíticos NiMo6/γ-Al2O3, NiMo6/γ-Al2O3-Ce y NiMo6-Ce/γ-Al2O3 (76-36 m2/g). Los catalizadores provenientes de alúminas modificadas con cerio presentaron mayor actividad HDS que los obtenidos con alúmina no modificada, lo cual está asociado a la formación de mayor número de sitios activos.

ABSTRACT The effect of the support modified with cerium in alumina supported Anderson type NiMo catalytic precursors on thiophene hydrodesulfurization (HDS) was investigated. The solids were characterized by surface area (SBET), X-ray diffraction (XRD) and infrared spectroscopy (FTIR). The support catalytic modified with cerium by one-pot and impregnation methods were impregnated with an aqueous solution of nickel Anderson type heteropolyoxomolybdate. The presence of (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O and alumina gibbsite or gamma phases was verified by XRD, whereas FTIR analysis could be assigned to the characteristic vibrations of Anderson-type structure due to stretching and bending of the functional groups present. The γ-Al2O3, γ-Al2O3-Ce and Ce/γ-Al2O3 supports showed higher values of surface area (149-66 m2/g) than the NiMo6/γ-AL2O3, NiMo6/γ-Al2O3-Ce and NiMo6-Ce/γ-Al2O3 catalytic precursors (76-36 m2/g). The catalysts derived from cerium-modified alumina showed higher HDS activity than those obtained from unmodified alumina, which was associated with the formation of the largest number of active sites.

Diagnostics of the realization of concerts in Colombia as a tool for teaching of sound reinforcement

RESUMEN En este artículo se proponen factores identificados en una investigación en el campo de audio mediante un diagnóstico en la forma como se realizan conciertos en Colombia. Estos factores identificados contribuyen al fortalecimiento de la transversalidad en la formación de competencias ingenieriles, en la medida que optimizan la comprensión y resolución de problemas reales relacionados con esta aplicación del audio, y que con frecuencia son omitidos en el ejercicio didáctico tradicional. Por lo anterior, este artículo presenta un conjunto de elementos prácticos derivados de la producción de espectáculos masivos de tipo concierto en Colombia, que podrían contemplarse en los programas de ingeniería que abordan el área del refuerzo sonoro y sonido en vivo. El estudio es de carácter cualitativo y explora los factores de éxito en el tema electroacústico de espectáculos masivos, mediante la aplicación de entrevistas a profundidad a expertos. Asimismo, se destaca la importancia de considerar la perspectiva práctica e interdisciplinar que exige el diseño integral de ingeniería, lo cual puede ser extrapolado a otros campos en la academia.

ABSTRACT In this paper, we proposed the factors that have been identified by the research in the audio area by using a diagnostics of how is the production of mass shows of type concert in Colombia. These identified factors contribute to the strengthening gender mainstreaming in the formation of engineering skills, to the extent that optimize understanding and solving real problems related to the application of audio, and often are omitted in the traditional didactic exercise. This by, this paper presents a set of practical elements derived which could be seen in engineering programs that address the area of live sound reinforcement.. This approach is qualitative and explores the factors of success in electroacoustic topic of mass shows, by applying depth interviews with experts in the field. Furthermore, the importance of considering the practical perspective and interdisciplinary that requires comprehensive engineering design which can be extrapolated to other fields in academia is concluded.

Using the microalgae Chlorella sp. live suspended in decoloration wastewater from a textile factory

RESUMEN Esta investigación evaluó la capacidad de la microalga Chlorella sp. viva en suspensión para remover el color del efluente de una empresa textil en el departamento del Atlántico (Colombia). La metodología empleada consistió inicialmente en cultivar la microalga en un biorreactor de 2,5 L de capacidad efectiva, empleando un fertilizante comercial como medio de cultivo bajo aireación continua a la temperatura del laboratorio, con fotoperiodos de luz/oscuridad de 12 horas. Luego el agua residual se sometió a tratamiento usando diferentes concentraciones de microalga equivalentes a 0,10, 0,20 y 0,30 en absorbancia con sus respectivos controles. Los resultados muestran que el bioensayo de 0,30 en absorbancia removió el 97,2% del colorante presente y disminuyó en un 94,6% la DQO y 95,4% la DBO5, entre otros parámetros de caracterización antes y después del tratamiento, mostrando la mejor bioremoción en este estudio. Estos resultados permiten sugerir que el tratamiento biológico con la microalga Chlorella sp. del agua residual es un método eficiente.

ABSTRACT This research evaluated the ability of the life suspended microalgae Chlorella sp. to remove the color from the effluent of a textile company in the department of Atlantic (Colombia). The microalgae was cultured in a bioreactor of 2,5 L of effective capacity, using a commercial fertilizer as growth medium under continued aeration at laboratory temperature, in light/dark photoperiods of 12 hours each. Then the wastewater was treated using different concentrations of microalgae equivalent to 0,10, 0,20 and 0,30 absorbance units, with their respective controls. The results show that at the absorbance 0,30 bio-test, it was removed 97,2% of the dye originally present, COD decreased by 94,6% and BOD5 by 95,4%. These results suggest that the biological treatment with microalgae Chlorella sp. in wastewater is an efficient method.

Development of an experimental module of light diffraction for a physics laboratory remotely controlled

RESUMEN Este documento presenta el diseño e implementación de un módulo experimental de difracción de la luz para un laboratorio remoto, donde se propone un método novedoso para encontrar las distancias del máximo central a los mínimos secundarios del patrón de difracción utilizando las herramientas que proporciona el procesamiento digital de imágenes y la visión por computador. Para la construcción del módulo se utilizó un diodo láser rojo de punto con longitud de onda de 650nm y un sistema de tres rendijas simples y una circular. Para la adquisición de los datos experimentales se utilizó una cámara web Microsoft LifeCam Studio para realizar la captura del patrón de difracción. El software empleado fue LabVIEWTM que se encarga de la captura, el procesamiento y la comunicación entre el servidor y la interfaz. Además, se contactó a la Institución Educativa Matecaña del municipio de Pereira, donde los estudiantes de grado diez y once y los docentes del área de física realizaron el laboratorio en sus salas de sistemas utilizando las TICs como herramientas educativas para el desarrollo de esta práctica. El error en la medición de cada una de las rendijas no supera el 5%.

ABSTRACT This paper presents the design and implementation of an experimental module diffraction of light to a remote laboratory, where a new method is proposed to find the distances from the central maximum to the secondary minimum of the diffraction pattern using the tools provided by digital image processing and computer vision. For the construction of the module has been used a red dot laser diode with 650nm wavelength and a system of three single slits and a circular slit. For the acquisition of experimental data a webcam Microsoft LifeCam has been used to capture the diffraction pattern. The software used was LabVIEWTM which is responsible for the capture, processing and communication between the server and the interface. Furthermore, the Institución Matecaña, an Educational Institution from the municipality of Pereira, implemented the laboratory in their computer rooms by students from tenth and eleventh grade and teachers of the areas of physics, using TICs as educational tools for the development of this practice. The error in the measurement of each of the slits does not exceed 5%.

Cutting stock problem, classification and approaches

RESUMEN El Problema de patrones es de gran importancia para empresas manufactureras que involucran el proceso de cortar grandes rollos de algún material y pasarlos a rollos más pequeños de diferentes anchos, considerando el efecto que este tienen sobre los inventarios de producto en proceso y materias primas. Una apropiada gestión de este problema no solo genera benéficos económicos, sino que también genera impactos sostenibles, en la medida que busca un equilibrio entre el costo de inventario y los desperdicios del proceso. Conscientes de la importancia de este problema en este trabajo se presenta inicialmente una introducción de lo que significa en complejidad la solución de un problema de este tipo en una empresa. Luego se enuncian sus antecedentes mediante los trabajos más importantes encontrados en la literatura, destacando algunos trabajos colombianos. Posteriormente, se aborda la clasificación del problema y se aportan sugerencias de otros aspectos a tener en cuenta en el problema. Finalmente se enmarcan los cuatro enfoques de solución más comunes dando ideas para investigaciones futura esperando con esto contribuir al desarrollo del tema.

ABSTRACT The Cutting stock problem is of great importance for manufacturing companies that involving the process of cutting large rolls of some material into small strips of different widths, considering the effect this has on product inventories in process and raw materials. Proper management of this problem not only generates beneficial economic but also generates sustainable impacts, to the extent that seeks a balance between the cost of inventory and process waste. This paper first presents an overview of what complexity means in solving a problem of this type in a company. His background is set out with the most important works in the literature, highlighting some Colombian jobs. Then, we present classification problem and suggestions from other aspects are provided to consider when addressed cutting stock problem. Finally are framed the four most common approaches to solution giving ideas for future research, hoping thereby contribute to the development of the topic.