Tecnura

Editorial

Proposal for multiple spectrum access in cognitive wireless networks

RESUMEN Contexto: El acceso a las redes inalámbricas es un proceso en el que intervienen múltiples agentes, por lo que resulta práctico e interesante realizar un análisis multiusuario. Objetivo: Evaluar un algoritmo de asignación espectral en redes inalámbricas cognitivas que permita simular entornos con múltiples usuarios secundarios que acceden al espectro de forma simultánea. Metodología: La asignación espectral se realiza mediante la evaluación, para cada usuario secundario, de las rutas espectrales encontradas con una adaptación del algoritmo colonia de abejas artificiales. La validación se da a partir de datos de ocupación espectral reales capturados en una campaña de medición. Resultados: A partir de los resultados de simulaciones de la red cognitiva con múltiples usuarios secundarios, a través del algoritmo propuesto, se evalúan sus parámetros de interés del rendimiento, como la población de abejas para el tiempo de evaluación, número de handoffs totales y tiempo de ejecución. Conclusiones: El rendimiento del algoritmo es aceptable con respecto al tiempo de ejecución y el número de handoffs totales; sin embargo, se encuentra unatendencia al incremento de handoffs espectrales, conforme aumenta el número de usuarios secundarios en la red de radio cognitiva, por lo que un número elevado de estos disminuye el rendimiento de la red.

ABSTRACT Context: Access to wireless networks is a process in which multiple agents intervene, so it is practical and interesting to perform a multi-user analysis. Objective: To evaluate a spectral allocation algorithm in cognitive wireless networks that allows simulating environments with multiple secondary users that access the spectrum simultaneously. Methodology: The spectral assignment is performed by evaluating for each secondary user the spectral routes found with an adaptation of the Colony algorithm of Artificial Bees. Validation is performed based on actual spectral occupation data captured in a measurement campaign. Results: Based on the results of simulations of the cognitive network with multiple secondary users using the proposed algorithm, parameters of interest of the algorithm's performance are evaluated, such as the bee population for the evaluation time, number of total handoffs and execution time. Conclusions: The performance of the algorithm is acceptable with respect to the execution time and the number of total handoffs, however, there is a tenden cy to increase spectral handoffs as the number of secondary users in the cognitive radio network increases, so a high number of secondary users decreases network performance.

Characterization of drilling stages in multilayer specimens through the Acoustic Emission generated during the drilling process

RESUMEN Objetivo: El presente trabajo se basa en el monitoreo mediante emisión acústica de la herramienta de corte en un proceso de perforación de material geológico y la utilización de redes neuronales tipo Kohonen para la clasificación de la información. Metodología: La metodología consistió en la realización de una serie de perforaciones sobre una probeta construida con rocas tipo arenisca, caliza y pizarra, dispuestas en capas y consolidadas con una mezcla de cemento. El herramental utilizado para la perforación consistió en un cortador de dos filos de carburo de tungsteno (CT), de 65 mm de diámetro. El proceso completo fue monitoreado mediante un sistema de emisión acústica acoplado a la broca giratoria y a la probeta de ensayo. Posteriormente se correlacionó la emisión acústica con la estratigrafía de la perforación, se procesó y adaptó la información para entrenar y simular una red neuronal tipo Kohonen, que clasificó la información del proceso según el tipo de roca que se estaba atravesado con el cortador. Resultados: Los resultados muestran que la técnica de emisión acústica es sensible a los cambios de estratos durante la perforación de estos geo-materiales y que la instrumentación de la broca rotante brinda un buen canal de monitoreo de este proceso. En este se observan los transitorios de cambio de interfaces y el perforado estable mediante el análisis de parámetros de la emisión acústica como RMS, energía MARSE, rise time y frecuencia promedio. Conclusiones: La técnica de emisión acústica puede ser utilizada para el monitoreo del proceso de taladrado en la presente escala. El procesamiento de los parámetros de emisión acústica permitió entrenar y simular una red neuronal Kohonen que pueda clasificar diferentes etapas del perforado con un error de mezclado inferior al 5 %.

ABSTRACT Objective: This work is based on the Acoustic Emission (EA) monitoring of the cutting tool in a geological material drilling process and the use of Kohonen type Neural Networks for the classification of information. Methodology: The methodology consisted in the realization of a series of perforations on a specimen built with sandstone, limestone and slate rocks, arranged in layers and consolidated with a cement mixture. The tool used for drilling consisted of a double-edged Tungsten Carbide (CT) cutter, 65 mm in diameter. The entire process was monitored by an AE system coupled to the rotating drill and test specimen. Subsequently, the EA was correlated with the stratigraphy of the perforation, the information was processed and adapted to train and simulate a Kohonen type neural network, which classified the process information according to the type of rock that was traversed with the cutter. Results: The results show that the Acoustic Emission technique is sensitive to stratum changes during the drilling process of these geomaterials and that the instrumentation of the rotating drill provides a good monitoring channel for this process. In this, the change of interfaces of the interfaces and the stable drilling process can be observed through the analysis of acoustic emission parameters such as rms, MARSE energy, rise time and average frequency. Conclusions: The Acoustic Emission technique can be used to monitor the drilling process on this scale. The processing of the Acoustic Emission parameters allowed to train and simulate a Kohonen neural network that can classify different stages of the drilling process with a mixing error of less than 5%.

Expansion analysis of a microgrid in a non-interconnected zone

RESUMEN Contexto: En zonas no interconectadas, la utilización de microrredes se ha convertido en la única alternativa que tienen las personas para acceder al servicio de energía eléctrica. Debido a esto, es necesario optimizar estos sistemas y, de ser posible, expandir las ya existentes para aumentar la cobertura y de esta manera apoyar el cumplimiento del Objetivo de Desarrollo Sostenible 7, planteado por Naciones Unidas: energía asequible y no contaminante. Metodología: Se presentan dos casos de expansión para una microrred basada en un sistema de generación fotovoltaica que se encuentra en una zona no interconectada de Colombia. Se realiza el análisis de generación eléctrica del sistema mediante Matlab/Simulink, mientras que el análisis de pequeña señal para verificar la estabilidad es ejecutado a través de Neplan. Así se logra establecer una metodología que permite definir la capacidad de expansión de una microrred. Resultados: A partir del análisis de estabilidad de pequeña señal realizado en Neplan se obtienen los valores propios del sistema, tanto de la microrred actual como de los dos casos de expansión, con el fin de garantizar la estabilidad en la microrred ante tres escenarios diferentes: cargas no lineales, aumento de potencia demandada y generada. Conclusiones: En los sistemas de generación solar fotovoltaica ubicados en zonas no interconectadas y operando en modo isla, los inversores influyen en la estabilidad de frecuencia considerablemente, debido a que la reducida inercia en estos sistemas conduce a una variación más rápida de este parámetro. Por esto, el análisis de estabilidad de pequeña señal es el método indicado para estudiar el comportamiento de microrredes ante variaciones de potencia demandada y generada, particularmente en los sistemas que operan en las zonas no interconectadas, porque ante pequeñas perturbaciones es posible identificar los cambios en la dinámica del sistema.

ABSTRACT Context: The use of microgrids in non-interconnected areas has become the only alternative that people living in these regions have to access the electricity service. Because of this it is necessary to optimize the use of these systems and if it is possible to expand existing ones to increase coverage and, in that way, support the implementation of the sustainable development goal 7 set by United Nations: Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all. Methodology: In this paper, we present two cases of expansion for a microgrid based on a photovoltaic generation system that is located in a non-interconnected area of Colombia. The analysis of the electrical generation of the system is carried out using Matlab/Simulink and the small signal analysis to evaluate the stability is executed in Neplan. Based on the above, it is possible to establish a methodology that allows to define the expandability of a microgrid. Results: From the small signal stability analysis performed in Neplan, the system's own values are obtained, both from the current microgrid and from the two cases of expansion, this in order to guarantee the property of stability in the micro grid in three different scenarios; non-linear loads, increased power demanded and generated. Conclusions: In photovoltaic systems located in non-interconnected areas and operating in island mode the inverters influence frequency stability considerably, because the reduced inertia in these systems leads to a faster frequency variation. This is why the analysis of small signal stability is the method indicated to study the behavior of microgrids before variations in demand and generated power, particularly in systems that operate in areas not interconnected, because with small disturbances it is possible to identify the changes in the dynamics of the system.

Collective intuition and alternative statistics to hit

RESUMEN Contexto: El mundo varía rápidamente en el Antropoceno por sistemas socioecológicos sensibles y retroalimentadores. América Latina evidencia distancias grandes entre estadísticas y realidades. Se hacen necesarias mejores herramientas para evaluación y predicción que ofrezcan alternativas esperanzadoras, eficientes y seguras para la sociedad y la naturaleza. Métodos: Se combinan dos instrumentos de planificación mediante el análisis de componentes principales (ACP): el índice de desarrollo territorial sustentable (IDTS), datos 2000-2010 en Colombia y de sus municipios, departamentos y capital, y el de planificación estratégica participativa con escenarios tridimensionales territoriales (PET2) con respecto a la riqueza intelectual territorial. Resultados: Se establecieron convergencias y divergencias temáticas entre la realidad estadística (IDTS) y las percepciones, intuiciones e intereses de los agentes, donde las relacionadas con la construcción del conocimiento fueron significativas, en especial frente a los tipos de conocimiento académico/científico, empresarial/ingenieril y ciudadano/ancestral/colectivo. Discusión: En términos epistemológicos y ontológicos, es necesario conocer la convergencia o divergencia entre la realidad y las estadísticas, y en consecuencia, entre la percepción de los gobernantes y los gobernados. A nivel pragmático, se evidencia que las herramientas planteadas son útiles y de fácil manejo, por lo que su uso (conjunto o separado) puede proveer información valiosa y relevante. Conclusión: Entender el Antropoceno, en su dinámica de sistema socioecológico, y como sistema social de toma de decisiones, garantiza una mejor comprensión de las necesidades y expectativas de la población, para esto es fundamental revisar los criterios y herramientas de evaluación, seguimiento y toma de decisiones.

ABSTRACT Context: The world varies quickly in the Anthropocene due to sensitive socio-ecological systems. Latin America evidences great distances between statistics and realities. It is then necessary to have new tools for evaluation and prediction that offer hopeful, efficient and secure alternatives both for society and nature. Methods: Two planification instruments are combined through the Principal Component Analysis (PCA): the "Índice de Desarrollo Territorial Sustentable (IDTS)" with data form 2000-2010 of Colombia and her municipality, department and capital city, and that of "Planificación Estratégica Participativa con Escenarios Tridimensionales Territoriales (PET2)" regarding territorial intellectual wealth Results: Thematic convergences and divergences were established between the statistical reality (IDTS) and the perception, intuition and interests of agents, particularly important those related with knowledge construction: academic/scientific, business/engineering and ancestral/collective. Discusion: In a epistemological and ontological level it is necessary to know the convergence or divergence between reality and statistics, and therefor between the rulers and the ruling perceptions. In a pragmatic level it is evident that the established tools are useful and easy to handle so that using them (either together or not) can provide relevant and valuable information. Conclusion: Understanding the Anthropocene, in its dynamic as a socio-ecological and social decision-making system, grants a better comprehension of the needs and expectations of the people. That's why it is necessary to check the criteria and tools for evaluating, follow up and decision-making.

A vision of a sustainable city from the Construction and Demolition Waste (CDW) management model case study: Barranquilla

RESUMEN Contexto: La gran cantidad de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) que se genera, se ha convertido en un problema a nivel Mundial. Por esta razón, la legislación en Colombia busca orientar su adecuada gestión y promover el aprovechamiento de estos. Metodología: En esta investigación se plantea una alternativa para la elaboración del plan de gestión integral basada en un análisis de la legislación nacional y local de las ciudades que están a la vanguardia en el manejo de los RCD en Colombia. Basado en este análisis se estudiaron y analizaron las condiciones y características de una ciudad intermedia como lo es Barranquilla para plantear una alternativa integral para el manejo de estos residuos (gestión y tratamiento). Resultados: Se identificaron acorde con sus condiciones los aspectos de prevención, almacenamiento, recolección, transporte, aprovechamiento y disposición final a tener en cuenta dentro del plan de gestión integral de RCD más adecuado para la ciudad de Barranquilla y se planteó un esquema planta de tratamiento que se considera más adecuado en su manejo. Conclusiones: Barranquilla requiere un ajuste rápido a su modelo de gestión de RCD, dada su alta tasa de desarrollo durante los últimos años. Se reconoció para esta ciudad que la separación en la fuente y el uso son fundamentales en el modelo requerido para lograr un proceso de gestión sostenible. Además, se identificaron debilidades en el sistema de gestión actual, asociadas con el uso de un modelo de economía lineal, por lo tanto, se propone un modelo de gestión basado en los principios de la economía circular.

ABSTRACT Context: The large amount of Construction and Demolition Waste (C&DW) that is generated has become a worldwide problem. For this reason, the legislation in Colombia seeks to guide its proper management and promote its transformation and reuse. Methodology: This research proposes an alternative for the elaboration of the comprehensive management plan based on an analysis of the national and local legislation of the cities that are at the forefront in the management of the C&DWs in Colombia. Based on this analysis, the conditions and characteristics of an intermediate city such as Barranquilla were studied and analyzed, in order to propose an integral alternative for the management of this kind of waste (management and treatment). Results: The aspects of prevention, storage, collection, transport, use and final disposition to be taken into account within the comprehensive management plan of CÃDW, most suitable for the city of Barranquilla, were identified. According to these special characteristics and conditions, a treatment plant scheme was proposed. Conclusions: Barranquilla requires a quick adjustment to its C&DW management model, given the high development of the city in the last years. It was recognized for this city that separation at source and use are fundamental in the model required to achieve a sustainable management process. In addition, weaknesses in the current management system were identified, associated with the use of a linear economy model, therefore, a management model based on the principles of circular economy is raised.

Analysis of non-revenue water in the urban supply system of the municipality of Facatativá, Colombia

RESUMEN Contexto: Las pérdidas de agua son un obstáculo financiero para empresas prestadoras del servicio de abastecimiento, ya que generan pérdidas económicas que son trasladadas a los usuarios, elevando de esta manera los costos de suministro del agua. El objetivo de este artículo es presentar un análisis del agua no contabilizada en un sistema de abastecimiento urbano en Colombia. Método: Este estudio se realizó a partir de información del agua producida (AP) y facturada por el sistema de abastecimiento durante cerca de 16 años. Se realizó un análisis comparativo con respecto a reportes de agua no contabilizada en sistemas colombianos e internacionales de referencia. Se evaluó también la influencia del régimen de precipitación sobre el índice de agua no contabilizada (IANC). Se realizó finalmente un análisis económico prospectivo mediante modelos ARIMA. Resultados: Se observa un incremento del 5,0 % en el IANC por cada 100 000 m3 de AP. Existe un incremento del 2,28 % en el IANC por cada incremento de 100 mm en la precipitación anual. El sistema posee un menor precio en el AP (22,2 %) con respecto a sistemas latinoamericanos de referencia. Sin embargo, el sistema posee un mayor precio (33,3 %) en relación con el promedio colombiano. El análisis ARIMA muestra que los efectos del AP en un instante de tiempo determinado se transfieren durante seis meses en el sistema de abastecimiento. Conclusiones: La aplicación del IANC en sistemas de abastecimiento es una herramienta útil para el estudio y desarrollo de programas de control de pérdidas de agua.

ABSTRACT Context: Water losses are a financial obstacle for supply service providers as they generate economic losses that are passed on to users, thereby raising water supply costs. The objective of this paper is to shows an analysis of non-revenue water in an urban supply system in Colombia. Method: This study was conducted from information of water produced (WP) and billed by the supply system for about 16 years. A comparative analysis was carried out with respect to reports of non-revenue water in Colombian and international reference systems. Rainfall influence on the non-revenue water index (NRWI) was also assessed. A prospective economic analysis was finally carried out using ARIMA models. Results: There is an increase of 5.0% in NRWI per 100 000 m3 of WP. There is an increase of 2.28% in NRWI for each increase of 100 mm in annual rainfall. The system has a lower price on WP (22.2%) in relation with Latin American reference systems. However, the system has a higher price (33.3%) relative to the Colombian average. Analysis ARIMA shows that the effects of AP in an instant of time are transferred during six months in the water supply system. Conclusions: The application of NRWI in supply systems is a useful tool for the study and development of water loss control programs.

Critical flow in open channels: Numerical solution using the Newton-Raphson method for Android 4.0 application

ABSTRACT Context: In this article we present an algorithm under JavaScript source code for critical flow equation solution. Method: An object-oriented programming language was implemented for Android 4.0 or higher systems based on iterative and incremental processes (Agile development). The numerical method of Newton-Raphson was used to determine the critical depth of seven hydraulic sections (rectangular, trapezoidal, asymmetric trapezoidal, triangular, asymmetric triangular, parabolic and circular). A potential function was obtained to establish the seed value in iterative process, in order to accelerate and guarantee the convergence level for each section. This value is directly associated with hydraulic problem pre-established conditions. Results: The application calculates: critical depth, critical speed, hydraulic area, specific energy, wet perimeter and mirror. The results calculated by the application were validated against Excel analysis tool (Goal Seek) results and Hcanales® software developed by Máximo Villón Béjar Engineer. Finally, the application is available for free in Google Play Store, with the name "Critical Flow in Channels. Newton Raphson Solution". Conclusions: It is possible to develop easily accessible applications that meet the technical conditions required for the resolution of engineering-related situations.

RESUMEN Contexto: En este artículo se presenta el desarrollo de un algoritmo bajo código fuente JavaScript para la solución de la ecuación de flujo crítico. Método: Se implementó un lenguaje de programación orientado a objetos para sistemas Android 4.0 o superiores, a partir de procesos iterativos e incrementales (desarrollo ágil). Se utilizó el método numérico de Newton-Raphson para determinar la profundidad crítica de siete secciones hidráulicas (rectangular, trapezoidal, trapezoidal asimétrico, triangular, triangular asimétrico, parabólico y circular). Con el propósito de acelerar y garantizar el nivel de convergencia para cada sección, se obtuvo una función potencial para establecer el valor semilla en el proceso iterativo; dicho valor se asocia de forma directa a las condiciones preestablecidas del problema hidráulico. Resultados: La aplicación calcula la profundidad crítica, velocidad crítica, área hidráulica, energía específica, perímetro mojado y el espejo. Los resultados fueron validados contra los obtenidos por medio de la herramienta para análisis de Excel (buscar objetivo) y por el software Hcanales® desarrollado por el ingeniero Máximo Villón Béjar. Finalmente, la aplicación se encuentra disponible de forma gratuita en Play Store (Google), con el nombre de "Flujo Crítico en Canales. Solución Newton Raphson". Conclusiones: Es posible desarrollar aplicaciones de fácil acceso que cumplan con las condiciones técnicas requeridas para la resolución de situaciones relacionadas con ingeniería.

Robotics platforms for the construction sector: A review

RESUMEN Contexto: En los últimos años la robótica ha venido integrándose a los distintos sectores económicos, permitiendo optimizar recursos y tiempos de producción; así como reducir los riesgos a los que se puede enfrentar el humano en su entorno de trabajo. Uno de los sectores más dinámicos y complejos para los sistemas autónomos es el de la construcción; razón por la cual se ha hecho pocos adelantos en los últimos años. En este trabajo se presenta una revisión de trabajos realizados para el sector de la construcción mediante sistemas robóticos. Método: Este trabajo presenta inicialmente las ventajas y desventajas que tienen los robots en entornos de construcción. Posteriormente se divide en tres categorías los diversos trabajos presentados; la primera se enfoca en aquellos sistemas que fabrican piezas o módulos con geometrías complejas en entornos fuera del área de construcción; la segunda muestra sistemas retroalimentados para entornos cambiantes y algoritmos de planificación de rutas utilizados para el posicionamiento del efector final; y la última, robots que realizan tareas pesadas o repetitivas para el beneficio del ser humano. Resultados: Se obtiene un panorama de los diversos trabajos que se han hecho en robótica para el sector de la construcción; conociendo los actuales sistemas robóticos y los elementos que los componen para el desarrollo de tareas en este entorno. Conclusiones: Los brazos robóticos que fueron inicialmente empleados en el sector de la industria llegan al sector de la construcción para desarrollar superficies complejas que involucren la optimización de recursos y tiempo. Este sector ha empezado a atraer recurso humano con habilidades en robótica e inteligencia artificial, haciendo que estas labores sean interdisciplinares. Las proyecciones muestran que el ser humano reducirá los riesgos de lesiones en este sector, ya no tendrá que realizar tareas repetitivas o que involucren fuerza, debido a que el robot se encargará de ellas.

ABSTRACT Context: In recent years, robotics has been integrated into different economic sectors, allowing resources and production time to be optimized; as well as reducing the risks that humans can face in their work space. One of the most dynamic and complex sectors for the autonomous systems, is construction sector; which is why little progress has been made in the last years. This paper presents a review of studies for the construction sector using robotic systems. Method: This review initially presents the advantages and disadvantages that robots have in construction environments. Subsequently, the different studies presented are divided into three categories; the first focuses on those systems that allow for off-site manufacturing, like building modules and pieces with complex geometry; the second shows feedback systems for dynamic environments and path planning algorithms used for positioning the end-effector; and the last one, robots that perform heavy or repetitive tasks for the benefit of the human being. Results: An overview of the different studies that have been done in robotics for the construction sector is obtained; knowing state of the art robotic systems and the elements that compose them for the development of tasks in this environment. Conclusions: The robotic arms were initially designed to be used in the industry sector, nevertheless, recently they are being used in the construction sector to develop complex surfaces that involve the optimization of resources and time. Furthermore, this sector has begun to attract human resources with skills in robotics and artificial intelligence, making construction tasks, interdisciplinary. The projections show that the human beings will reduce the risks of injuries in this sector; they will no longer have to perform repetitive or heavy tasks, because the robot will take care of them.