Ingeniería y Desarrollo

Experimental study on failures in spur gears caused by misalignment, eccentricity and broken teeth

En este artículo se presenta un estudio realizado para el monitoreo de engranajes rectos sometidos a fallas en diente roto (incipiente, intermedia y severa), desalineación angular y excentricidad; en cada uno de los escenarios de falla estudiados se obtienen los índices estadísticos de condición RMS, Factor de Cresta y Curtosis en el dominio del tiempo y el espectro en el dominio de la frecuencia. Las pruebas se llevan a cabo en un banco diseñado y construido específicamente para la reproducción de las anteriores fallas. Los resultados obtenidos en el dominio del tiempo muestran que el valor RMS y el Factor de Cresta, en todos los casos estudiados, presentaron un comportamiento consistente con la evolución de la falla, mientras que el valor de Curtosis solo permitió de manera consistente la detección de la falla por excentricidad.

In this paper is presented a study developed to monitor spur gears exposed to different kinds of failures such as broken teeth (incipient, intermediate and severe), angular misalignment and eccentricity. For every study cases RMS, crest factor and Kurtosis in the time domain are obtained and the spectrum in the frequency domain. The tests were developed in a test bed designed and built specifically to emulate fault conditions. The results obtained in the time domain shows up that the RMS value and the Crest Factor reveal a consistent behavior with the fault severity. Additionally, experimental results shown that the Kurtosis value barely identified consistently the failure caused by eccentricity.

Obtaining a self-compacting concrete with finely ground coal slag

Este artículo presenta las características en estado fresco y endurecido de mezclas de concreto modificadas con la adición del 10%, 20%, 30% y 50% de escoria de parrilla de carbón finamente molida como sustitución parcial del cemento. Con el propósito de verificar la autocompactabilidad de estas mezclas se les evaluó el cumplimiento de los valores considerados óptimos de la capacidad de paso, la capacidad de relleno y del asentamiento. En su estado fresco, los concretos adicionados con escoria de carbón presentaron un buen nivel de manejabilidad y alta cohesividad entre sus componentes, con cualidades óptimas para encofrar sin vibrar y sin que se presentase segregación, por lo que las mezclas con adición fueron consideradas como concretos autocompactantes. En estado endurecido, la sinergia de las características físicas y químicas de la adición de escoria produjo incrementos de la resistencia a la compresión de las mezclas adicionadas con el 10%, 20% y 30% de escoria en órdenes del 20%, 21% y 18%, respectivamente.

This article presents the characteristics of fresh and hardened state of concrete mixtures modified with the addition of 10, 20, 30 and 50 % of finely ground coal slag as a partial replacement of cement. In order to verify their self-compactability, it was evaluated the performance of the optimal values for properties such as: the passing ability, filling ability and slump. In its fresh state, the concrete added with coal slag presented a very good workability and high level of cohesiveness among its components, with optimum qualities for formwork without vibration and without segregation. This achieved behaviour of the mixtures is characteristic of self-compacting concretes. On the other hand, the synergy of the addi-tion of fine slag coal caused increases in the compressive strength of the concretes added with 10, 20 and 30 % w/w coal slag in orders of 18, 20, and 21%, respectively.

High temperatures oxidation of ASTM A335 P92 steel in an molten salts of K₂SO₄ - NaCl

En esta investigación se evaluó la oxidación del acero ASTM A335 P92 en una mezcla de sales 40% K2SO4 - 60% NaCl a temperaturas de 500°C a 700°C, a intervalos de 50°C con tiempos de exposición de 1, 3, 10, 30, 100 y 150 horas, utilizando la norma estandarizada por la Federación Europea de Corrosión. Se realizó análisis metalográfico y de dureza antes y después del ensayo para identificar el posible cambio estructural; se realizan pruebas de difracción de rayos X (drx), microscopía electrónica de barrido (SEM-EDS), para determinar los productos de corrosión presentes en el acero. Se demuestra con el análisis SEM-EDS que las especies corrosivas como el Cl-, SO4- no reaccionan con los elementos de aleación del acero. También se observó que las capas de óxido formadas muestran una buena estabilidad y adherencia, lo cual confirma la protección de estos óxidos sobre el metal. Las curvas de ganancia de peso por deposición de sales muestran un comportamiento parabólico, propio de los materiales utilizados a temperatura alta.

In this research the oxidation of ASTM A335 P92 steel and the effect of 40% K2SO4 - 60% NaCl salt mixture at temperatures of 500°C to 700°C in intervals of 50°C with exposure times of1,3,10, 30,100 and 150 hours were evaluated using the standard standardized by the European Federation of Corrosion. Metallographic analysis and hardness analysis were performed before and after the test to identify the possible structural change; evidence of x-ray diffraction (xrd) and scanning electron microscopy (SEM-EDS) were performed to determine the corrosion products present in the steel. By SEM-EDS analysis it is shown that corrosive species such as Cl~, SO4- do not react with the alloying elements of steel. It was also noted that the oxide layers formed showed stability, and good adhesion which confirms the oxides protection on the metal. The "gained weight by salts deposition" curves showed a parabolic behavior, typical of high temperature materials.

Genetic algorithm for solving the lot-sizing and scheduling problem with sequence dependent setup costs

El objetivo de este artículo es desarrollar un algoritmo genético el cual permita determinar los tamaños de lote de producción y su programación en un sistema de manufactura de una máquina para órdenes multiproducto, cuya función objetivo minimiza la suma de los costos de inventario por terminaciones tardías y de alistamiento. El problema contempla un conjunto de órdenes a ser procesadas con sus respectivas fechas de entrega. Cada orden debe ser entregada en su totalidad. Dentro de la programación de los trabajos se consideran tiempos de alistamiento dependientes de la secuencia. En la metaheurística implementada se utiliza de manera embebida un método heurístico para el cálculo de la función de adaptación. El método heurístico presentado es una variación del Optimal Timming Algorithm el cual involucra los tiempos de alistamiento dependientes de la secuencia. Se desarrolla un diseño de experimentos para probar el desempeño del algoritmo utilizando instancias generadas de forma aleatoria y comparando sus soluciones contra las encontradas por un método exacto. Los resultados muestran que el algoritmo logra un buen desempeño tanto en tiempo de ejecución como en calidad de la solución especialmente en instancias grandes.

The main purpose of this paper is to develop a hybrid genetic algorithm in order to determine the lot sizes and their production scheduling in a single machine manufacturing system for multi-item orders, the objective function minimizes the sum of holding costs, tardy costs and setup costs. The problem considers a set of orders to be processed each one with its own due date. Each order must be delivered complete. In the scheduling are considered sequence dependent setup times. The proposed hybrid genetic algorithm has embedded a heuristic that is used to calculate its fitness function. The heuristic method presents a modification on the optimal timming algorithm in which are involved sequence dependent set up times. A design of experiments is developed in order to assess the algorithm performance, which is also tested using random-generated data and results are compared with those generated by an exact method. The results show that the algorithm achieves a good performance in both solution quality and time especially for large instances.

Trihalomethanes and arsenic in drinking water in Chinú and Corozal municipalities in Colombia: health risk assessment

En varios municipios de los departamentos de Córdoba y Sucre, en Colombia, la captación para los sistemas de acueducto se realiza con aguas subterráneas del acuífero de Morroa. La desinfección con cloro gaseoso es el único proceso de desinfección del agua y seguirá siéndolo por muchas décadas, de acuerdo con la empresa prestadora de servicios públicos. Esta investigación tuvo como objetivo evaluar las concentraciones de trihalo-metanos (THMs) y arsénico (As) en el agua de consumo y el riesgo asociado con la ingesta en la población de Chinú y Corozal. Se midieron variables THMs, As, Carbón Orgánico Total (cot), cloro residual, coliformes fecales y turbiedad, entre otras, en muestras de agua potable y agua almacenada en albercas en épocas de seca y lluvias. Se encontraron correlaciones entre coliformes fecales y THMs en su componente de Cloroformo CHCl3, y, entre la turbiedad y la concentración de COT para ambas épocas climáticas y en ambos municipios. En promedio, las concentraciones de turbiedad en invierno, fueron superiores en 0.1 mg/L que en verano. La magnitud del riesgo se calculó a través de la metodología de la EPA, por la Dosis Diaria Promedio Vitalicia (ddpv).

In several municipalities in the departments of Córdoba and Sucre in Colombia, the catchment for water supply systems is performed with groundwater from the Morroa aquifer. Disinfection with chlorine gas is the only water purification process and will remain for many decades according to the company providing public services. This research aimed to assess the concentrations of trihalomethanes (THMs) and Arsenic (As) in drinking water and the determination of associated risk from the intake in the population of Chinú and Corozal. The measured variables in samples of drinking water and pools water stored during dry and rainy seasons were THMs, As, Total Organic Carbon (toc ), residual chlorine, fecal coliform and turbidity, among others. A correlations between fecal coliforms and THMs in its component Chloroform CHCl3 and between turbidity and TOC concentration were found for the two periods in both municipalities. The average value for turbidity concentrations in winter was higher than 0.1 mg/L those in summer for both municipalities. The magnitude of risk was calculated using the methodology of the EPA, trough the Lifetime Average Daily Dose(DDPV).

Estimation of brain electrical propagation generated by the DBS in patients with Parkinson's disease from South-west region of Colombia

La Enfermedad de Parkinson (ep) es un grupo de desórdenes neurológicos causado por un déficit de dopamina en una estructura cerebral llamada Sustancia Nigra Reticulata (snr). La Estimulación Cerebral Profunda (dbs) del Núcleo Subtalámico (stn) ha demostrado ser un tratamiento exitoso para esta patología. La dbs modula la actividad neuronal con campos eléctricos, no obstante se conoce muy poco acerca de la distribución de voltaje generada en el cerebro por los electrodos estimuladores. El conocimiento del potencial eléctrico generado por la dbs es necesario para encontrar los parámetros óptimos de estimulación que entreguen los mejores resultados clínicos y los mínimos efectos secundarios. En este trabajo, proponemos una metodología de estimación del potencial eléctrico basada en el procesamiento de imágenes de resonancia magnética con tensor de difusión (mri-DT) para el análisis específico de cada paciente y el método de los elementos finitos para la solución de la ecuación del modelo, contrario a otros trabajos similares donde se emplean modelos genéricos y homogéneos. Los resultados obtenidos son coherentes con lo previamente reportado y permiten establecer que el modelo tensorial de conductividad eléctrica es más preciso y detallado para realizar simulaciones de dbs, en comparación a modelos genéricos con conductividad homogénea.

Parkinson's disease (pd) is a group of neurological disorders caused by a deficiency of dopamine in a brain structure called Substance Nigra reticulata (snr). Deep Brain Stimulation (dbs) of subthalamic nucleus has proved to be a successful treatment for this pathology. dbs modulates the neuronal activity with electrical fields. However, the distribution of the voltage generated in the brain by the stimulating electrodes is not well known. Knowledge of the electrical potential generated by dbs is necessary to find optimal stimulation parameters that deliver the best clinical results and minimal side effects. In this paper, we propose a methodology for estimating the electrical potential based on processing of magnetic resonance image with diffusion tensor (mri-dt) for specific patient analysis and the finite element method for solution of model equation, in contrast to another similar works where it is employed generic and homogeneous models. Results are consistent with previously outcomes reported in the state of the art and they allow to establish that tensorial model for electrical conductivity is more accurate and detailed to perform dbs simulations, in comparison to generic models with homogenous conductivity.

Analysis of performance functions for adjusting parameters of Colombian migration model

En este documento se propone el ajuste de parámetros para un modelo de migración humana entre cinco regiones colombianas. Para la identificación de parámetros se emplea un enfoque basado en optimización por lo cual se proponen dos funciones objetivo. Los resultados obtenidos con las funciones objetivo se analizan estadísticamente. La metodología para el análisis de datos consiste en emplear pruebas paramétricas o no paramétricas dependiendo del cumplimiento de los supuestos de normalidad y homocedasticidad (igualdad de varianza). Para el ajuste del modelo se emplean dos enfoques de la función objetivo, el primero considera el número total de la población y el segundo emplea la cantidad de habitantes de cada región. Realizando los análisis estadísticos se observa un mejor ajuste del modelo cuando se considera el número de habitantes de cada región.

This paper proposes the identification parameter for a human migration model among five Colombian regions. For the identification of parameters an optimization approach is employed where we propose two objective functions. The results obtained with the objective functions are statistically analyzed. The methodology for data analysis employs parametric or non-parametric tests depending on the fulfillment of the assumptions of normality and homoscedasticity (equal variance). To adjust the model, two approaches to the objective function are used. The first considers the total number of population and the second uses the number of inhabitants in each region. By carrying out statistical analyzes, a better adjustment model is observed when considering the number of inhabitants in each region.

Diagnostic of a permanent magnet motor by means of FEM

Este artículo presenta el diagnóstico para una falla de apertura de fase en el estator de un Motor Síncrono de Imanes Permanentes (msip) usando el Método de los Elementos Finitos (mef) en 2D. El análisis se basóen el comportamiento de las respuestas de las variables del motor en estado estable bajo operación normal de la máquina, asícomo de su comportamiento en estado transitorio y post-falla. Este análisis se hace con el objetivo de categorizar el tipo de falla según el contenido de armónicos en las corrientes de las fases de la máquina síncrona. Se utilizaron cinco métodos de diagnóstico conocidos en la literatura para determinar el tipo de falla con solo observar el contenido de armónicos en las corrientes del estator. Los métodos de diagnóstico utilizados fueron: 1). Transformada rápida de Fourier, 2). Lugar geométrico del Vector de Park, 3). Densidad espectral de energía, 4).Clasificación múltiple de señal y 5). Método de la Impedancia de Secuencia Inversa. Los resultados encontrados fueron coherentes para la misma falla.

This paper presents a fault diagnosis for opening phase in the stator of a synchronous permanent magnet motor (msip) using the finite element method (fem) in 2D. The analysis was based on the behavior of the responses of the motor variables in steady state under normal operation of the machine, as well as their behavior in transitional and post-failure state. This analysis is done with the aim of categorizing the type of fault according to the content of harmonics in the currents of the stator. Five diagnostic methods known in the literature were used to determine the type of fault just observing the content of harmonics in the stator currents. The diagnostic methods used were: 1-Fast Fourier Transform, 2-Geometric place of the Park Vector, 3-spectral density of energy, 4- Multiple Signal Classification and 5-Method of the Impedance of Reverse Sequence. The results found were consistent for the same fault.

Models of requirements elicitation process: A systematic mapping

La educción es una actividad dentro del proceso de la Ingeniería de Requisitos que recupera información relevante acerca del dominio del problema y de las necesidades de los stakeholders para la conformación de los requisitos del producto software. Para evaluar la efectividad de la educción, es necesario conocer y modelar la influencia del contexto en el cual se desarrolla este proceso. Este artículo presenta el estado del arte sobre la actividad de educción de requisitos, principalmente sobre la representación o modelamiento de sus factores contextúales y participantes. para ello, se llevóa cabo un mapeo sistemático de artículos de investigación y libros relacionados que tratan alguna metodología o modelo de educción. El estudio permitióidentificar trece propuestas aunque con insuficiente validación empírica, y que, en general, no incluyen aspectos contextuales como características, necesidades y expectativas de los stakeholders, características del dominio del problema y de la solución, la cultura organizacional y la experiencia sobre los dominios de los analistas. Esta situación impulsa a los autores a desarrollar, como trabajo futuro, un modelo unificado que aborde estos temas en la educción y que sirva de guía a los ingenieros de requisitos.

Elicitation is an activity of requirements engineering that retrieves relevant information about the problem domain and stakeholder's needs to form the software product requirements. To evaluate the elicitation effectiveness is necessary to know and model the influence of the context in which this process is carried out. This paper presents the state of art about the requirements elicitation process, especially on how contextual factors and participants are represented or modeled. To do this, we conducted a systematic mapping of research articles and related books on any methodology or elicitation process model. The study identified thirteen proposals presenting little empirical validation. In general, these works do not include contextual aspects such as characteristics, needs and expectations of stakeholders, characteristics of the problem and solution domain, organizational culture and domain experience of analysts. This situation prompts the authors to develop, as future work, a unified model to address these issues in the elicitation and guide to requirements engineers.

Simulation and model-validation of batch distillation processes in Aspen Batch Modeler: Limonene epoxide distillation

Se desarrollóel modelado y simulación de una columna de destilación por lotes para la recuperación de epóxido de limoneno de una mezcla multicomponente, usando el software especializado Aspen Batch Modeler. Para la validación de los modelos se desarrollóel proceso experimental en un equipo de roto-evaporación, donde se varióla composición inicial de la mezcla, temperatura y presión de operación. La composición final de fondos y destilado se determinóa través de cromatografía de gases. Los resultados indican que los modelos propuestos describen satisfactoriamente el fenómeno simulado y permiten predecir con aceptable exactitud (RMSD < 0.087) la composición final de las mezclas; representando asíuna herramienta útil para estudiar y analizar conceptualmente el diseño, la optimización y el escalado del proceso. De manera complementaria, se incluye en forma detallada la estructuración del modelo, de modo que pueda usarse como material de referencia para la simulación de procesos similares o con fines académicos.

Modeling and simulation of a Batch distillation column was developed for the recovery of limonene epoxide from a multicomponent mixture using advanced software Aspen Batch Modeler. For model validation, an experimental setup was developed using rotary evaporation equipment, and varying parameters such as initial composition of the mixture, temperature and pressure. The mixture composition in bottoms and distillate was determined by gas chromatography. The results indicate that the proposed models describe satisfactorily the simulated phenomenon and allow to predict with acceptable accuracy (RMSD < 0.087) the final composition of the mixtures; hence representing a useful tool to study and analyze the conceptual design, optimization and/or scaled-up for the process. In addition, the model development is presented in detail, so it can be used as reference material for the simulation of similar processes or academic purposes.

Geographic transferability of urban travel generation models: Comparison of regression models and trip rates for some Colombian cities

La transferibilidad de modelos tiene importantes alcances prácticos ya que la posibilidad de utilizar parámetros estimados en otros contextos para estimar modelos en áreas con pocos recursos o con muestras disponibles muy pequeñas, se constituye en una solución económica para resolver problemas de planificación. Es importante analizar la transferibilidad de modelos de generación de viajes porque si se comprueba la existencia de ciertos patrones de viajes, sería posible ahorrar tiempo y dinero en la aplicación de grandes encuestas de movilidad. Este artículo examina la transferibilidad geográfica de los modelos de generación de viajes con base en encuestas domiciliarias de seis ciudades colombianas. Fueron calibrados modelos de regresión y de tasas de viajes a partir de variables como la tasa de motorización, el estrato socioeconómico y el tamaño del hogar. Se encontróque al comparar modelos agregados como los de regresión lineal resulta más fácil comprobar su transferibilidad entre ciudades, mientras que en el caso de los modelos de tasas de viajes la hipótesis de igualdad no se cumple plenamente debido posiblemente a la variación de la fiabilidad de los valores de las celdas del modelo, especialmente en las clases extremas para las que se tiene poca información.

The transferability of models has important practical scope because using parameters of other contexts in order to estimate models in areas with few resources or with very small samples available, constitutes an economic solution to solve planning issues. It is important to analyse the transferability of trip generation models because if we verify the existence of certain patterns of travel, we could save time and money in implementing large mobility surveys. This article examines the geographical transferability of trip generation models based on household surveys in six Colombian cities. Regression models and trip rates were calibrated based on variables such as the rate of motorization, socioeconomic status, and household size. We found that when comparing aggregate models such as linear regression, it is easier to check the transferability of parameters between cities, while in the case of rate models travel the hypothesis of equality is not met ever possibly due to the variation the reliability of the cell values of the model, especially in the extreme categories which have fewer observations.

Plannar antenna for L1 and L2 GPS bands applications

Este artículo presenta el desarrollo de una antena con polarización circular y doble resonancia usando sustratos de baja constante dieléctrica y bajo precio, mostrando resultados comparables frente a diseños convencionales. El diseño consta de dos parches rectangulares separados por un espacio de aire, que incluyen dos cortes triangulares y dos parches parásitos ubicados en caras opuestas, logrando brindar un grado de libertad adicional que permite obtener una apropiada relación axial y acoplamiento aceptable a las frecuencias deseadas. La antena se optimizómediante análisis pa-ramétrico llevado a cabo sobre diversas variables que hacen parte de la geometría. El prototipo implementado permite la operación simultánea de la antena en las bandas de GPS de 1,227 GHz (banda L2) y 1,575 GHz (banda L1). La antena presenta un ancho de banda de impedancia medido de 18,03MHz (fc1 = 1,227GHz) y 17,66 MHz (fc2 = 1,575GHz), para vswr < 2:1, los resultados de las simulaciones para la ganancia fueron de 5,4dBi y 6,8dBi y relación axial de 8,1MHz y 10,2MHz en las bandas L2 y L1 respectivamente. Las simulaciones numéricas concuerdan con las medidas sobre el prototipo experimental probando que la antena se comporta de acuerdo a lo esperado.

This paper presents the development of an antenna with circular polarization and double resonance using a substrate of low dielectric constant and low price, showing comparable results in front of conventional designs. The design is made up of two rectangular patches isolated by an air gap including two triangular cuts and two parasitic patches located in the opposite direction giving a certain degree of additional freedom which allows a suitable axial ratio and an acceptable coupling to the desired frequencies. The antenna was optimized by means of parametric analysis carried through diverse variables which belong to geometry. The implemented prototype allows the simultaneous operation of the antenna in the GPS (Global position systems) bands of 1,227 GHz (band L2) and 1,575 GHz (band L1). The antenna shows a measured impedance bandwidth of about 18,03MHz (fc1 = 1,227GHz) and 17,66MHz (fc2 = 1,575GHz), for vswr < 2:1 (Voltage Standing Wave Ratio), the simulated results for antenna gain were of 5,4dBi and 6,8dBi and axial ratio of 8,1MHz and 10,2MHz in the L1 and L2 bands respectively. The numeric simulations agree well with the measurements on the experimental prototype proving the antenna behaves according to what was expected.