Ingeniería y Ciencia

Influence of the ENSO on the spatio-temporal variability rainfall triggered landslides in the Andean region

Resumen Los movimientos en masa desencadenados por lluvia han dejado un gran número de pérdidas humanas y económicas en Colombia, especialmente en el departamento de Antioquia. De acuerdo con la base de datos DesInventar, entre los años 1900 y 2017 se han registrado en el territorio Antioqueño 3478 movimientos en masa que han dejado un saldo de 2065 muertos y 74654 viviendas afectadas. El presente trabajo estudia la variabilidad espacial y temporal de la precipitación en las nueve subregiones del departamento de Antioquia y su relación con la ocurrencia histórica de movimientos en masa bajo la influencia del fenómeno ENSO. Para dicho análisis se utilizaron 27 estaciones meteorológicas del IDEAM con información diaria y un total de 5368 movimientos en masa reportados en los catálogos del SIMMA y DesInventar, con una ventana temporal de análisis de 32 años (1985-2016). Se realizaron análisis de series temporales de lluvia y correlaciones con la ocurrencia de movimientos en masa a escala diaria, mensual e interanual. Los resultados presentan un comportamiento bimodal en la ocurrencia de movimientos en masa de acuerdo con la variabilidad temporal de la precipitación y la fuerte influencia de la fase fría del ENSO (La Niña), de igual manera los movimientos en masa también son sensibles a la variabilidad espacial de la lluvia en las subregiones de Antioquia. El entendimiento de la variación espacio temporal de la lluvia en ambientes tropicales montañosos es un elemento fundamental para una adecuada gestión del riesgo y, específicamente, para el diseño e implementación de sistemas de alerta temprana por fenómenos hidrometerológicos.

Abstract Landslides triggered by rain have caused many human and economic losses in Colombia, especially in the department of Antioquia. According to DesInventar database since 1900 until 2017, 3478 landslides were recorded in the territory of Antioquia and these have left over 2065 fatalities and 74654 damaged homes. This paper presents spatial and temporal rainfall variability and their relationship with historical landslides events under the influence of ENSO in the nine sub-regions of Antioquia. For this purpose, daily rainfall data obtained from 27 IDEAM weather station and 5368 landslides reported in SIMMA and DesInventar database were used in a time window analysis between 1985 and 2016 (32 years). Also, temporal analyses and correlations were performed in daily, monthly and annual scale. According to the results of this study, the occurrence of landslides exhibits bimodal behavior according to temporal rainfall variability, and the strong effect of the cold phase of the ENSO (La Niña) has a strong influence on them. Moreover, landslides showed significant sensitivity to the time-series of rainfall linked to the different sub-regions of Antioquia. The understanding of spatial-temporal rainfall variability in tropical mountains environments is a key element for an appropriate risk management and early warning system implementation and design for hydro-meteorological hazards.

Acquisition and Evaluation of Rock Mass Geometric Data from Three-Dimensional Images for Use in Geotechnical Analysis

Resumen En este artículo, se evalúa la aplicación de una herramienta de adquisición remota para el muestreo y la medición de propiedades de las discontinuidades en macizos rocosos, basado en la toma e interpretación de imágenes tridimensionales. Metodológicamente, se integra un amplio plan experimental tanto en campo como en laboratorio computacional, para recopilar datos estructurales tales como la orientación, la persistencia y espaciamiento de discontinuidades presentes en un macizo rocoso tomado como caso de estudio. Paralelamente, se llevó a cabo un intenso trabajo de toma de datos en campo por metodologías convencionales de brújula y cinta, con fines comparativos y de validación estadística. Los resultados obtenidos permiten establecer las ventajas del uso de técnicas no convencionales, en términos de calidad y cantidad de información, así como de eficiencia en términos del tiempo requerido para el levantamiento de información en campo. Mediante el análisis semiautomático de imágenes tridimensionales se logró el mapeo geológico y la caracterización de discontinuidades para fines geotécnicos, constituyéndose en una herramienta poderosa con gran potencial de uso en proyectos viales y mineros en el medio colombiano.

Abstract In this paper, the application of a remote acquisition tool for sampling and measurement of discontinuities properties of rock masses, based on the interpretation of three-dimensional images, is evaluated. The applied method integrates a wide experimental plan in both, field and computer laboratory, to collect structural data such as orientation, persistence and spacing of discontinuities in a rock mass taken as a case study. Simultaneously, an intensive work of data collection in the field was carried out by conventional methodologies using compass and tape, for comparative purposes and statistical validation. The results allow to establish the advantages of using unconventional techniques, in terms of quality and quantity of information, as well as efficiency in terms of time spent for filed data collection. Through the semi-automatic analysis of three-dimensional images, geological mapping and objective characterization of discontinuities for geotechnical purposes were achieved, constituting a powerful tool with great potential for use in road and mining projects in Colombia.

Proposal of a Tool for Integrating BIM and Financial Decisions in Construction Projects

Resumen Las decisiones centrales en proyectos de construcción se toman en las etapas iniciales. Generalmente, la calidad de la planeación determina el éxito o fracaso de la ejecución, operación y mantenimiento de este tipo de proyectos. Con la metodología conocida como Building Information Modeling (BIM) es posible mejorar el resultado de la planeación mediante la implementación de modelos digitales en la toma de decisiones. En la presente investigación se propone una herramienta computacional que apoya la manera en la que se toman decisiones financieras en la etapa de factibilidad, mediante la integración de flujos de caja libre y modelos 4D. Esta herramienta permite mejorar la eficiencia de la planeación incrementando la precisión de los resultados de los indicadores de bondad económica que se analizan para la ejecución de proyectos de construcción.

Abstract The central decisions of construction projects are taken in their initial phases. Additionally, proper planning determines the success or failure of the execution, operation, and maintenance of this kind of projects. The methodology so-called Building Information Modeling (BIM) improves the result of planning through the implementation of digital models in decision making. In the current applied research, a computational tool is proposed to support the financial decision making in the feasibility phase by integrating cash flows and 4D models to planning. This tool improves the performance of planning by increasing the precision of the results of the financial indicators analyzed for executing construction projects.

Enhanced RC5 Algorithm Using Parallel Computing for Communication Networks

Abstract One of the main disadvantages of symmetric key algorithms in comparison with asymmetric key ones is their lower security level due to their shorter key length. Indeed, increasing the number of bits that conforms the key used by a symmetric cryptography algorithm will increase its security level with a cost on its performance. Expanding a key in symmetric cryptography is not an easy task due to algorithms are designed to work with keys of a fixed maximum length. This paper presents an alternative design of the RC5 cryptography algorithm with an enhanced security level achieved through a key expansion mechanism with Parallel Computing processing. Although the design was created for the RC5 algorithm the main idea might be applied to other block cipher algorithms applying the same criteria. This methodology makes feasible to obtain a robust symmetric key algorithm implemented in software with an acceptable performance in comparison with other techniques such as implementations in hardware, reduction in the amount of data, improvements in the key exchange process, advanced high performance computing, and many others techniques.

Resumen Una de las principales desventajas de los algoritmos de clave simétrica en comparación con los asimétricos es su menor nivel de seguridad debido a su longitud de clave más corta. Ciertamente, aumentar el número de bits que conforman la clave utilizada por un algoritmo de criptografía simétrica aumentará su nivel de seguridad con un costo en su rendimiento. Extender una clave en criptografía simétrica no es una tarea fácil ya que los algoritmos están diseñados para trabajar con claves de una longitud máxima fija. Este artículo presenta un diseño alternativo del algoritmo de criptografía RC5 con un nivel de seguridad mejorado que se logra a través de un mecanismo de expansión de clave con procesamiento de Computación Paralela. Aunque el diseño fue creado para el algoritmo RC5 la idea principal podría ser aplicada a otros algoritmos de cifrado en bloque aplicando el mismo criterio. Esta metodología hace factible obtener un algoritmo de clave simétrica robusto implementado sobre software con un rendimiento aceptable en comparación con otras técnicas como implementaciones sobre hardware, reducción en la cantidad de datos, mejoras en el proceso de intercambio de clave, computación avanzada de alto rendimiento, entre otras.

Analytical Approximation of Fuel Consumption and Periodic Behaviors for a Vehicle that Travels Through a Traﬃc Light Series

Abstract In this paper, we present a piecewise smooth system, that describes the dynamics of a single vehicle moving through a street that has a sequence of lights that turn on and oﬀ with a speciﬁc frequency. The model presents three dynamic ways: accelerated, decelerated and zero state. Besides, we show the description of the mathematical model used to simulate the system. The simulation was developed under an event-based scheme and implemented in Matlab. To make the numerical analysis, we take as a parameter study the cycle traﬃc light, which provides beneﬁts to vehicular traﬃc system due to its conﬁguration is achieved implementing optimization strategies for the phenomenon of green wave and reduces the travel time as the vehicle minimizes the number of stops along the road. Also, the stability was studied for the periodic orbits one and two. Finally, we made an approximation of fuel consumption. We assume that this is proportional to the mechanical energy produced by the motor. From this point of view, it can be concluded that it is possible to apply modeling and simulation strategies based on dynamic systems to understand the complex behaviors associated with the travel of vehicles in a traﬃc controlled by traﬃc lights.

Resumen En el siguiente artículo, se presenta un sistema suave por tramos que describe la dinámica de un vehículo que se mueve a través de una calle con semáforos que se encienden y apagan con una frecuencia especíﬁca. El modelo presenta tres comportamientos dinámicos: acelerado, desacelerado y detenido. Además, se muestra la descripción del modelo matemático utilizado para simular el sistema. La simulación se desarrolló bajo un esquema basado en eventos y se implementó en Matlab. Para realizar el análisis numérico, se toma como parámetro el ciclo de los semáforos, que mejora el sistema de tráﬁco vehicular debido a que con su conﬁguración se logran implementar estrategias de optimización permitiendo que los vehículos se desplacen en ola verde y reduzcan el tiempo de viaje, minimizando así, el número de paradas a lo largo del camino y reduciendo el consumo de combustible debido a las paradas y aceleradas. Además, se estudió la estabilidad de las órbitas periódicas uno y dos que presenta el modelo de simulación, así como sus implicaciones dinámicas. Finalmente, se presenta una propuesta para calcular el consumo de combustible, asumiendo que es proporcional a la energía mecánica producida por el motor, resulta en una propuesta novedosa que permite a las secretarias de movilidad comprender los comportamientos de los vehículos en vías principales de las ciudades. Desde este punto de vista, se puede concluir que es posible aplicar estrategias de modelado y simulación basadas en sistemas dinámicos para comprender los comportamientos complejos asociados al desplazamiento de los vehículos en una via controlada por semáforos.

Nakayama Automorphism of Some Skew PBW Extensions

Abstract Let R be an Artin-Schelter regular algebra and A = σ(R)(x1…,x n ) be a graded quasi-commutative skew PBW extension over R. In this paper we describe the Nakayama automorphism of A using the Nakayama automorphism of the ring of coefficients R. We calculate explicitly the Nakayama automorphism of some skew PBW extensions.

Resumen Sean R un álgebra Artin-Schelter regular y A = σ(R)(x1…,x n ) una extensión PBW torcida cuasi-conmutativa graduada sobre R. En este artículo se describe el automorfismo de Nakayama de A usando el automorfismo de Nakayama del anillo de coeficientes R. También se calcula explícitamente el automorfismo de Nakayama de algunas extensiones PBW torcidas.

Spray Drying of Lactic Acid Bacteria: a review

Resumen Las bacterias ácido lácticas (BAL) son microorganismos que se utilizan como cultivos iniciadores o probióticos, los cuales son de interés en la industria alimentaria y farmacéutica. La preservación de las BAL por diferentes métodos de secado es un tema que ha cobrado interés debido al aumento en la demanda de estos microorganismos. El secado por atomización es un método eficaz que permite obtener productos a bajo costo, con relación al secado por liofilización el cual es comúnmente utilizado para estos microorganismos. El objetivo de esta revisión sistemática es presentar de forma organizada los artículos científicos que han sido publicados en procesos de secado por atomización empleando bacterias ácido lácticas (BAL). La metodología utilizada en la búsqueda y selección de los artículos brinda una exploración durante el periodo 2009-2019. Los resultados de los diferentes artículos consultados se compararon estableciendo las similitudes metodológicas, se discuten los principales microorganismos estudiados, así como los agentes protectores empleados para mejorar la viabilidad durante el secado por atomización, las condiciones y escala de los equipos de secado por atomización y finalmente las características de los productos secos obtenidos. La información aquí compilada brinda una base para ajustar la metodología de trabajo cuando se propongan procesos de secado por atomización para BAL.

Abstract Lactic Acid Bacteria (LAB) are microorganisms used principally as a starter or probiotic cultures in food and pharmaceutical industry. The preservation of LAB by different drying methods is an interesting topic due to the increase in demand for these microorganisms. Spray drying is an effective method that allows products to be obtained at a low cost compared with lyophilization. The aim of this systematic review is to present in an organized way the scientific articles that have been published in spray drying processes with lactic acid bacteria (LAB). The methodology used in the search and selection of the articles provides an exploration during 2009-2019. The results of the different articles consulted were compared establishing the methodological similarities, the main microorganisms studied are discussed, as well as the protective agents used to improve the viability during the spray drying, conditions, and scale of the spray drying equipment, finally the characteristics of the dry products obtained. The information compiled here provides work route for adjusting methodology when spray-drying processes for LAB are proposed.