Ingeniería e Investigación

Numerical modeling of the fracture process in reinforced concrete by means of the continuum strong discontinuity approach. Part I: formulation

En general, las estructuras de concreto reforzado como vigas, columnas y muros están conformadas por entramados complejos de barras de acero embebidas en una matriz de concreto, las cuales exhiben múltiples fisuras ante la aplicación de cargas externas elevadas. Este artículo presenta la formulación de un modelo numérico cuyo objetivo es describir el proceso de fractura en elementos de concreto reforzado a partir de la fracción volumétrica del concreto y del acero. El modelo utiliza un campo enriquecido de la deformación para describir la formación y propagación de fisuras en un material compuesto, tal como lo establecen la metodología de discontinuidades fuertes de continuo y la teoría de mezclas. El material compuesto está constituido por una matriz de concreto y uno o dos paquetes de barras de acero ortogonales entre sí. El acero y el concreto se representan con modelos de plasticidad unidimensional y de daño escalar con tracción y compresión diferenciada, respectivamente. La acción pasador y los efectos del deslizamiento entre las barras y la matriz, se describen con modelos adicionales que relacionan el esfuerzo y la deformación de los materiales componentes. Finalmente, se concluye que el modelo propuesto se puede implementar con facilidad en el método de los elementos finitos, dado que permanecen muchas características del procedimiento numérico no lineal convencional. Asimismo, el modelo permite analizar el problema en la escala macroscópica, lo cual elude la construcción de mallas de elementos finitos de cada material componente y de sus efectos de interacción, reduciendo así el costo computacional.

Reinforced concrete structures generally refers to beams, columns and walls which are constituted by complex lattices of steel bars embedded in a concrete matrix, exhibiting multiple cracks due to high external loads. This paper presents the formulation of a numerical model aimed at describing the fracture process in reinforced concrete, from the volumetric ratio of concrete and steel. Crack formation and propagation in a composite material is described in the model by an enhanced strain field, such as that established in the continuum strong discontinuity approach and mixture theory. The composite material is constituted by a concrete matrix and one or two steel bar orthogonal packages. The steel and concrete are represented by a one-dimensional plasticity model and a scalar damage model having different tension and compression strength, respectively. The dowel action and the bond-slip effects between the bars and the matrix are described with additional models relating component material stress and strain. It is concluded that the proposed model can easily be implemented in the finite element method, due to several conventional nonlinear numerical process characteristics which remain. The model would also allow the problem to be analysed at macroscopic scale, thereby avoiding a finite element mesh having to be constructed for each component material and its interaction effects and reducing computational costs.

Sodium aluminates obtained from the Al(NO₃)₃ • 9H₂O - NaOH system using the controlled precipitation method

Los aluminatos de sodio, NaAlO2 • xH2O, son materiales que se utilizan en el tratamiento del agua, como fuente de aluminio en la preparación de zeolitas y otros materiales catalíticos como aditivo en la manufactura del papel. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos al sintetizar aluminatos de sodio por el método de precipitación controlada utilizando como precursor el Al(NO3)3 • 9H2O. El uso del método de precipitación controlada permitió, a partir de la valoración potenciométrica del Al(NO3)3 • 9H2O disuelto en agua y empleando como precipitante NaOH, determinar las diferentes etapas del proceso para garantizar el control y su reproducibilidad, así como las características del producto final. También se presenta una propuesta sobre el mecanismo de formación de las partículas en el seno de la solución, así como los resultados del efecto del tratamiento térmico sobre las fases cristalinas presentes en el sólido. La caracterización de los polvos obtenidos se realizó utilizando espectroscopia infrarroja (FTIR), difracción de rayos X (DRX) y análisis térmico (ATD/TG). Los resultados indican que a 1.000 °C se obtiene como principal fase cristalina aluminato de sodio, NaAlO2, bien cristalizado, y que para tratamientos a 1.500 °C la β-alúmina comienza a formarse.

Sodium aluminate, NaAlO2• xH2O, is an important comercial chemical used in water treatment, as a source of aluminium in the preparation of zeolites and other catalytic materials and as an additive in paper manufacturing. Sodium aluminates were synthesised in this work by using the Al(NO3)3 • 9H2O- NaOH system's controlled precipitation method. Using the controlled precipitation method enabled identifying the process's different stages from potentiometric titration of Al(NO3)3 • 9H2O dissolved in water and using NaOH as precipitating agent to ensure control and reproducibility and also identify final product characteristics. Powders were characterised by infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and gravimetric and differential thermal analysis (GDTA). The results indicated that NaAlO2 crystallised well at 1,000°C (obtained as the main crystalline sodium aluminate phase) and that β-alumina treatment began to form at 1,500°C.

Designing and analysing parallel control for multifeed ternary systems

En este artículo se analiza una estructura de control paralelo para mejorar el comportamiento de una planta con corrientes de recirculación y múltiples alimentaciones, tomando como ejemplo un sistema ternario con reacción de segundo orden irreversible: A+B→C La dinámica inducida por el material reciclado puede provocar el llamado efecto bola de nieve ante la presencia de perturbaciones en la corriente de alimentación. Con el esquema de control paralelo el efecto bola de nieve se puede prevenir mediante la distribución de carga a través del proceso. Con este fin, se propone una estructura de control donde la composición del producto está regulada por medio de la manipulación simultánea de la relación de vapor de la columna final y la temperatura del reactor. Se realiza una extensión a proceso de un reactor, una columna de destilación y un flujo reciclado. Simulaciones no lineales muestran la efectividad del control de composición con esfuerzos de control de vapor moderados.

This paper explores a parallel control structure for improving the behaviour of a chemical plant having recycling and multiple feed streams; a ternary system is taken as an example, having an A+B→C second-order irreversible reaction. Material recycling dynamics can induce the so called snowball effect in the presence of disturbance in the feed stream. The snowball effect can be prevented by distributing load through the parallel control scheme. A control structure was thus proposed where product composition was regulated by means of simultaneous feedback manipulation of final column vapour boilup rate and reactor temperature. An extension was made for one reactor, one distillation column and recycle stream configuration. Nonlinear simulations showed that effective composition control could be obtained with moderate vapour boilup control efforts.

Using spent fluid catalytic cracking (FCC) catalyst as pozzolanic addition a review

El catalizador gastado de craqueo catalítico (FCC) es un residuo procedente de las unidades de ruptura catalítica en lecho fluido de la industria del petróleo. Este residuo está conformado principalmente por un componente activo (zeolita Y - tipo faujasita) en una matriz de aluminosilicato amorfo. Su composición química es básicamente sílice y alúmina en porcentajes hasta de un 90%. En este artículo se presenta una amplia revisión de diferentes investigaciones realizadas sobre la caracterización y evaluación de las propiedades mecánicas y de durabilidad, en morteros y concretos de cemento adicionados con este material. Dicho residuo en los últimos años ha sido objeto de diferentes estudios, dado que posee propiedades puzolánicas y un buen comportamiento de las mezclas que lo contienen al ser utilizado como reemplazo de material cementante.

Spent fluid catalytic cracking (FCC) catalyst is an oil industry by-product from fluidised-bed catalytic cracking units. This residue is mainly formed by an active component (faujasite type zeolite Y) in an amorphous aluminosilicate matrix. It mainly consists of up to 90% silica and alumina. This paper reports an extensive literature review regarding the characterisation and mechanical and durability properties of mortar and concrete added to this material. FCC has been studied lately due to its pozzolanic characteristics and the good performance of concrete mixtures using FCC as cement replacement.

Designing, assembly and start up for a semiautomatic hot-air tray dryer

El diseño de equipos especiales realizados a la medida y que apoyen tanto la docencia como la investigación en ingeniería es una interesante alternativa para disminuir costos y para que el conocimiento y la tecnología se apropien localmente, facilitando su adaptación a las necesidades del entorno y disminuyendo la dependencia tecnológica. En este trabajo se diseñó, construyó y puso en marcha un secador semiautomático de bandejas por aire caliente semiautomático, siguiendo las etapas de ingeniería. El secador es controlado por medio de Microsoft Visual Basic y permite simular las condiciones ambientales (temperatura y humedad) de cualquier parte del país (Colombia). Para realizar la validación del equipo se hicieron curvas de secado de plátano variedad Dominico Hartón a dos temperaturas (50 y 70 °C), por duplicado

Designing specific equipment as a teaching and investigation tool in engineering is an interesting alternative for reducing costs and contributing towards local appropriation of knowledge and technology. It makes adaptation to the environment easier and reduces technology dependency. This work shows how a semiautomatic hot-air tray-dryer was designed, built and brought into operation, describing the pertinent engineering stages. The dryer was controlled by using Microsoft Visual Basic and could simulate environmental conditions (temperature and humidity) anywhere in Colombia. Drying curves for Dominico Hartón variety banana were made for two temperatures (50°C and 70°C), in duplicate, to validate the equipment.

Evaluating the effect of temperature on biodiesel production from castor oil

Los conflictos entre los biocombustibles y el uso de alimentos como materias primas han abierto la posibilidad de investigar el uso de materias primas no comestibles para su producción. Este trabajo busca estudiar el efecto que tiene la temperatura sobre la conversión en la producción de biodiesel usando aceite de higuerilla. La transesterificación del aceite con metanol se realiza vía catálisis básica (0,5 % de NaOH) en un tiempo de 1 hora, usando una relación molar 6:1 de alcohol/aceite, bajo presión atmosférica, y dejando como variable libre la temperatura, a la cual se le asignaron los valores de 20, 30, 40 y 50 °C, llevando a cabo una réplica para cada valor. Los productos de reacción se analizaron mediante cromatografía de gases (CG-FID) para cuantificar la presencia de FAME (metil ésteres de ácidos grasos). Los resultados presentaron dispersiones diferentes dependiendo de la temperatura, encontrando la menor dispersión con el biodiesel obtenido a 50 °C. El análisis por cromatografía de gases demuestra que el contenido de FAME de mayor proporción se alcanza en las muestras de 50 °C, temperatura a la cual fue mayor la conversión del ácido ricinoleico (el de mayor presencia en el aceite de Higuerilla). La cromatografía también revela que el tiempo de reacción es el adecuado, a las condiciones de proceso establecidas, para lograr una conversión del 94,26% basada en el ácido ricinoleico.

Problems arising between biofuels and food as raw materials have led to investigating the use of inedible raw materials for their production. This work was aimed at studying the effect of temperature on converting castor oil in biodiesel production. Oil transesterification with methanol was carried out using an alkaline catalyst (0.5% NaOH - water solution) for 1 hour using a 6:1 alcohol/oil molar ratio, at atmospheric pressure and taking temperature as a free variable. The temperature was evaluated at 68°F, 86°F, 104°F and 122°F. The reaction products were analysed by gas chromatography (CG-FID) for quantifying the fatty acid methyl esters (FAME) present. The results showed different dispersion depending on temperature, finding that 122°F resulted in less dispersion than the others. CG-FID analysis showed that most FAME content was reached at 122°F, such temperature giving the highest ricinoleic acid conversion rate. Gas chromatography also revealed that reaction time was adequate, in process conditions, for obtaining ricinoleic acid-based 94.26% conversion.

The effect of electric transmission constraints on how power generation companies bid in the Colombian electrical power market

El presente artículo presenta los resultados de una investigación sobre el análisis del efecto que tienen las redes de transmisión sobre la cantidad esperada de energía a generar y sobre las estrategias de precio de oferta para los agentes del mercado eléctrico colombiano. El modelo desarrollado implementa el sistema de transmisión nacional (STN) y simula los procesos de despacho económico reales a través de flujos óptimos de potencia. Esta metodología permite el análisis de problemas estructurales del mercado debido al efecto exclusivo de las redes de transmisión y al efecto conjunto de las estrategias comerciales de oferta en un ambiente con restricciones de transmisión. Para realizar este análisis se propone el uso de nuevas variables que cuantifican los cambios en la generación real esperada y el impacto de cada agente sobre el costo de operación del sistema. Finalmente, se presenta un análisis de correlación para estas nuevas variables, las cuales reflejan comportamientos altamente lineales para algunos agentes del mercado.

This paper presents the results of research about the effect of transmission constraints on both expected electrical energy to be dispatched and power generation companies ' bidding strategies in the Colombian electrical power market. The proposed model simulates the national transmission grid and economic dispatch by means of optimal power flows. The proposed methodology allows structural problems in the power market to be analysed due to the exclusive effect of transmission constraints and the mixed effect of bidding strategies and transmission networks. A new set of variables is proposed for quantifying the impact of each generation company on system operating costs and the change in expected dispatched energy. A correlation analysis of these new variables is presented, revealing some interesting linearities in some generation companies' bidding patterns.

Developing and integrating a computer-based AM/FM radio station

En este trabajo se presenta el desarrollo de una estación de radio AM/FM basada en computadora personal, que opera en la banda comercial de AM y FM. Se presenta la evolución de la interfaz gráfica con el usuario del software y la interconexión por medio del ducto GPIB con un generador de funciones de RF. El usuario de la computadora tiene la opción de introducir la frecuencia deseada de transmisión dentro de la banda comercial, así como la potencia de transmisión, entre otros parámetros.

This article presents the development of a personal computer based AM/FM radio station operating on the AM/FM commercial band. Developing the graphical user interface for the software and the interconnection with an RF function generator by means of a GPIB is presented. Computer users can enter the desired transmission frequency within the commercial band as well as the transmission potency.

Treatment of COD analysis liquid wastes generated in environmental laboratories

El análisis de DQO es una prueba ampliamente usada en laboratorios ambientales. Sus residuos son considerados como peligrosos debido al alto contenido de iones de Cr, Ag y Hg. El tratamiento de estos residuos ha sido considerado complejo y costoso. Usando reactivos económicos fue posible en este ensayo la precipitación de estos iones. El Cr (VI) fue reducido químicamente, en una hora, hasta Cr (III), adicionando 200 mg.L-1 de glucosa. La concentración final de Cr (VI) fue inferior a 0,5 mg.L-1; el Cr (III) formado se precipitó como hidróxido metálico con NaOH. Adicionando 2 g.L-1 de NaCl los iones de Ag se precipitaron hasta valores inferiores a 0,2 mg.L-1. El Hg fue reducido hasta concentraciones inferiores a 0,005 mg.L-1 usando 10 g.L-1 de FeS. La métodología de reducción-precipitación propuesta permitió minimizar las características peligrosas del residuo líquido cumpliendo con los valores permisibles establecidos en el capítulo VI, artículo 74, del Decreto 1594 de 1984, en el cual se reglamentan los usos del agua y residuos líquidos.

COD analysis is often carried out in environmental labs. Its wastes are considered hazardous due to the content of metals such as Cr, Ag and Hg; treating these wastes is considered complex and expensive. The experimental results of metal ion precipitation in COD wastes with affordable chemical products are reported in this work. Cr (VI) was chemically reduced by adding 200 mg.L-1 of glucose to Cr (III). Final Cr (VI) concentration was less than 0.5 mg.L-1. Cr (III) was precipitated as a metallic hydroxide by adding NaOH and Ag was reduced to less than 0.2 mg.L-1 by adding 2 g.L-1 of NaCl. Hg was reduced to less than 0.005 mg.L-1 with 10 g.L-1 of FeS. The proposed reductionprecipitation methodology allowed minimising the liquid residue's hazardous characteristics so that it complied with the maximum allowable values established in Chapter 6, Article 74 of Decree 1594/1984 that regulates the use of water and liquid residues.

Local quantification and characterisation represents a basic tool for integrated residential solid waste management

Entre enero y septiembre de 2006 se desarrolló un programa de muestreo y caracterización de los residuos sólidos (RS) residenciales en Santiago de Cali que requirió del diseño de una estrategia aún no reportada para el país y cuyos resultados evidencian la necesidad de ajustar el esquema de clasificación de los RS propuesto a nivel nacional. El marco muestral disponible hizo necesaria la ejecución de un muestreo bietápico por conglomerados, siendo la primera etapa el lado de manzana (LDM) y la segunda la vivienda. La producción per cápita de residuos -PPC- estimada fue de 0,39 kg/hab.día, aumentando con el estrato socioeconómico. Los residuos de comida constituyeron la categoría de mayor generación, con significativas cantidades de alimentos preparados. Los residuos provenientes de la higiene personal, aunque no aparecen en la clasificación de la Norma Técnica Nacional (RAS, 2000), fueron la tercera categoría por las cantidades generadas. Aunque las técnicas de caracterización tienen cierto grado de universalidad, los resultados muestran la pertinencia de la caracterización local, basada en los marcos muestrales disponibles, utilizando información propia para la escogencia de los métodos de muestreo y los tamaños de muestra asociados.

A sampling and characterisation plan for residential solid waste (SW) produced in the city of Cali in Colombia was developed between January and September 2006; this required designing an undisclosed strategy in the country and the results showed the need for an adjustment to the current SW Colombian classification scheme. The available sampling frame made a two-stage sampling plan necessary, block side (BS) being the first stage and household BS the second. A 0.39 kg/(person-day) solid waste per-capita production (PCP) was found, which increased with socioeconomic status. Food waste was produced most, a large part consisting of cooked food. Waste from personal hygiene items was a third category, although this is not currently a category which is included in Colombian Technical Standard -RAS 2000. Although characterisation techniques are used worldwide, the results showed the relevance of available sampling framebased local characterisation, using local data for sampling methods and associated sample size selection.

Chemical composition and mass closure for airborne particulate matter in Bogotá

El material particulado, medido como PM10, es el contaminante que más afecta la calidad del aire en Bogotá. Conocer la composición del material particulado es crucial para entender cuáles son las fracciones químicas que más aportan a ese contaminante e identificar posibles fuentes generadoras de él. En este artículo se presenta el resultado de la caracterización de especies iónicas, fracciones carbonáceas, metales y elementos minerales del material particulado en dos puntos de Bogotá. Con base en los resultados de caracterización se realiza un análisis de neutralidad iónica y reconstrucción másica para comparar la consistencia de los resultados obtenidos. La composición es diferente para cada sector, pero en general las fracciones que más aportan al material particulado son la geológica (asociada a polvo fugitivo y resuspendido), entre el 37 y 42%; las fracciones carbonáceas, que son las que más aportan, entre un 12 y 11% para el carbono elemental y un 43 y 34% para materia orgánica; la fracción iónica se encontró entre un 5 y 8%.

Particulate matter, measured as PM10, is the most concerning airborne pollutant in Bogotá. Determining its chemical composition is important for understanding its potential effects and to estimate various sources contribution to such pollution. This paper gives the results of characterising the ionic species, carbonaceous material, metals and crustal elements present in airborne PM10 in Bogotá. An ion charge balance and mass reconstruction were done for determining consistency between chemical characterisation and gravimetric PM10. The composition was different in each area; however, the fractions contributing most to PM10 were crustal, 37% to 42% was related to fugitive and suspended dust, 12% to 11% was related to carbonaceus fractions, 43% to elemental carbon, 34% for organic matter and 5% to 8% for ionic fractions.

Spatial variability of infiltration and its relationship to some physical properties

La infiltración del agua en el suelo es uno de los factores básicos para estimar la intensidad de riego de acuerdo a los requerimientos de las plantas, para evitar problemas de escorrentía superficial y de degradación. El objetivo del presente trabajo fue el de determinar la variabilidad espacial de la infiltración y su relación con algunas propiedades físicas del suelo, mediante técnicas geoestadísticas, en un Typic Plinthaquults de textura media y relieve plano. Se diseñó una malla de 113 puntos, con distancia regular entre puntos de 10 m, tomando muestras entre 0-0,20 m de profundidad. Se determinaron contenidos de arena, limo y arcilla, densidad aparente, macroporosidad, microporosidad y porosidad total. La infiltración fue realizada en campo mediante anillo de 15 cm de diámetro. Los datos se analizaron por medio de estadística descriptiva y geoestadística. La infiltración, el limo y la microporosidad no se aproximaron a la distribución normal. La infiltración presentó alta variabilidad, con una media de 36,03 mm h-1. La porosidad total fue de 56,73%, siendo la única propiedad que no presentó dependencia espacial. Lo menores rangos se observaron para la densidad aparente, macroporosidad y microporosidad, con valores inferiores a 40 m. Los menores grados de dependencia espacial fueron apreciados en la infiltración, limo y arcilla, evidenciandose también la influencia del limo y la arcilla en la tasa de infiltración. Los mapas de contorno elaborados, cuando éstos se ajustan a modelos de semivariogramas, junto al estudio de las correlaciones, permite establecer relaciones entre las propiedades.

Water infiltration into soil is one of the basic factors for estimating irrigation intensity according to the plants requirements; this is aimed at avoiding problems of surface run-off and degradation. The purpose of the present investigation was to determine the spatial variation of infiltration and its relationship to some physical properties of soil by means of geostatistical techniques in Typic Plinthaquult soils having average texture and flat relief. A 113 point mesh was designned, having a regular distance of 10 m between points, samples being taken from 0 to 0.20 meters depth. Sand, silt and clay content, bulk density, macroporosity, microporosity and total porosity were determined. Infiltration tests were carried out in the field by means of a 15 cm diameter ring. Descriptive statistics and geostatistics were used for analysing the data. Infiltration, silt and microporosity data did not fit a normal distribution curve. Infiltration had high variability, having an average 36.03 mm h-1. Total porosity was 56.73%, this being the only property that did not show spatial dependency. The smallest ranges were observed for bulk density, macroporosity and microporosity, having values of less than 40 m. The smallest degrees of spatial dependence were observed for infiltration, silt and clay, evidence also being shown of the influence of silt and clay on infiltration rate. Contour maps were constructed; fitting them to the semivariogram models, together with studying the correlations, led to establishing relationships between the properties

Evaluating a tobacco leaf humidification system involving nebulisation

Se diseñó, implementó y evaluó un sistema de humidificación por nebulización para la hoja de tabaco, que cuenta con un sistema para el control y el registro de las condiciones ambientales del recinto, lo que permite generar un ambiente con humedad relativa más homogénea, logrando un mejor uso del agua y mayor control en la humedad relativa y en el manejo del contenido de humedad de la hoja de tabaco curada, con la consiguiente mejora en la calidad del producto a comercializar. Se obtuvieron rangos de trabajo de humedad relativa entre el 55 y el 75%, y tiempos de 4 a 6 horas para alcanzar la rehumidificación de la hoja hasta el 16%, en base húmeda. Con base en los resultados obtenidos y las observaciones hechas en campo, en cuanto al manejo operativo de este recinto, se propusieron dos nuevos diseños para el sistema de humidificación que permitirían un mejor manejo de la hoja reduciendo las pérdidas por manipulación y sobrehumedecimiento. Este trabajo fortalece el proceso de investigación en el área de la poscosecha de tabaco, al complementar otros proyectos de investigación al respecto, que se han realizado en Colombia.

A tobacco leaf humidifying system involving nebulisation was designned, implemented and evaluated; it had a system for monitoring and recording environmental conditions thereby producing an environment having more homogeneous relative humidity, ensuring better water use, better control of relative humidity and better control in managing cured tobacco leaf moisture content, thereby leading to a consequent improvement in final product quality. 55% to 75% relative humidity and 4 to 6 hour working ranges were obtained to ensure leaf humidification reached 16% humidity on a wet basis. Two new designs are proposed for the conditioning stage regarding this conditioning chambers operational management, based on the results and field observations, which would allow better leaf management, thereby avoiding the risk of losses due to manipulation and over-humidification. This work strengthens research in the field of tobacco postharvest technology, complementing other research projects which have been carried out in Colombia.

The consequences of heavy-tailed service time distribution on a basic queuing model and its performance indicators

La reciente aparición de modelos generatrices de líneas de espera con tiempos de atención heavy-tailed y su comprobación empírica implican la necesidad de conocer el comportamiento de las medidas clásicas de desempeño de una línea de espera bajo estas condiciones. El objetivo del estudio fue el de analizar el comportamiento de Lp(longitud promedio de la fila) y Wp(tiempo promedio de espera en fila) variando los parámetros capacidad del sistema, nivel de utilización promedio (r) y número de servidores para líneas de espera con tiempos de atención heavy-tailed, y contrastar dicho comportamiento con los resultados clásicos basados en procesos de Poisson, usando para ello la simulación de eventos discretos. Los resultados mostraron que la sensibilidad de los modelos con tiempos de atención heavy-tailed a variaciones en los parámetros es mayor que la de los modelos basados en procesos de Poisson. En particular, a partir de capacidades de sistema de 1.000 entidades ciertos procesos heay-tailed pueden considerarse infinitos, y la importancia del número de servidores es mayor en los procesos heavy-tailed analizados que en los procesos de Poisson. Por último, la utilización de Lp y Wp como medidas de desempeño es inadecuada para tiempos de atención heavy-tailed al generar resultados inestables y contraintuitivos.

Recent research showing theoretical generative models for heavy-tailed service time queues and its empirical validation implies the need for a better knowledge of the key performance indicators behaviour under such assumption. The behaviour of the average length of the queue (Lp) and the average waiting-time (Wp) were analysed through simulation, varying system capacity, average service utilisation factor (r) and the number of servers in the systems as parameters. Comparisons were also made with service times based on Poisson processes. The results showed more sensitive variations of Lp and Wp for heavy-tailed service times than for Poisson-based service times. Systems having a capacity of over 1,000 entities might be considered as being systems having infinity capacity and the number of servers has a greater importance in heavy-tailed ruled processes than in Poisson processes. There was a lack of adequacy of Lp and Wp as key performance indicators for heavy-tailed service times, leading to unexpected and unstable results.

Thermistor formartion using BaTiO₃ powders synthesised by the Pechini method

El titanato de bario, BaTiO3, es un compuesto de gran interés en el ámbito de la electrocerámica, ya que se utiliza en la fabricación de condensadores, transductores piezoeléctricos y dispositivos resistivos con coeficiente positivo de temperatura (PTCR), así como en la manufactura de piroeléctricos y dispositivos optoelectrónicos, entre otros dispositivos. La mayoría de estos componentes son conformados con polvos cerámicos de elevada pureza y tamaño de partícula adecuado. Esto exige estructurar métodos de síntesis que garanticen estos requerimientos. En este trabajo se sintetizaron polvos cerámicos de BaTiO3 por el método de precursor polimérico (Pechini), obteniéndose una materia prima muy pura y con pequeño tamaño de partícula. Los polvos obtenidos se caracterizaron utilizando análisis térmico (ATD/TG), difracción de rayos X (DRX) y calorimetría diferencial de barrido (DSC). Los resultados indican que en las muestras tratadas a 650 °C la única fase cristalina presente es el BaTiO3 cúbico y a 1.100 °C la tetragonal, con una relación c/a < 1.007. Las muestras tratadas a 1.100 °C presentaron una transición ferroeléctrica a paraeléctrica a una temperatura de T ≈ 123 °C. Los polvos cerámicos de BaTiO3 tetragonal fueron prensados uniaxialmente y posteriormente sinterizados a 1.200 °C durante 2 horas. Estas muestras se caracterizaron eléctricamente, obteniéndose curvas de resistencia eléctrica en función de la temperatura (R-T), evidenciándose en ellas su comportamiento termistor tipo PTCR. Además, se midió la variación de la corriente-voltaje (I-V) a diferentes temperaturas.

Barium titanate (BaTiO3) is a compound of interest in the field of electroceramics which is widely used in the manufacture of capacitors, piezoelectric transducers and resistive devices having a positive temperature coefficient (PTCR) and in manufacturing pyroelectric and optoelectronic devices. Most of these devices are obtained by consolidating high purity, suitable sized particle ceramic powders; structured synthesis methods are required to ensure such requirements. BaTiO3 powders were synthesised by a polymeric precursor method (Pechini) in this work. Very pure, small particle sized, raw material was obtained. These powders were characterised using thermogravimetric and differential thermal analysis (TGDT), X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC). The results indicated that samples treated at 650°C presented cubic BaTiO3 as unique crystalline phase. If a sample were treated at 1,100°C, the tetragonal phase having a c/a < 1.007 relationship was the main crystalline phase. Samples treated at 1,100°C showed ferroelectric paraelectric transition at T ≈ 123°C. BaTiO3 tetragonal ceramic powders were uniaxially pressed and then synthesised at 1,200°C for 2 hours. These samples were electrically characterised. These samples curves of electrical resistance versus temperature (R-T) showed their PTCR thermistor behaviour. Current-voltage (IV) variation was also measured at different temperatures.

Identifying a greenhouse climate model by using subspace methods

En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo dinámico del clima en un invernadero ubicado en la Sabana de Bogotá. Se realiza la estimación de un modelo tipo caja negra obtenido a partir de datos experimentales. Se propone una estructura a partir de principios físicos que divide el sistema en dos volúmenes de control dados por el aire libre dentro del invernadero y el aire atrapado por el follaje. El modelo es seleccionado, dentro de una familia de sistemas líneales descritos en variables de estado, a través de métodos de identificación por subespacios. El modelo obtenido es capaz de explicar el comportamiento del clima en el aire y en el follaje con errores inferiores al 8%. Este desempeño es comparable al de otros estudios reportados en la literatura, con la ventaja de que el modelo empleado es lineal.

This paper presents the development of a climate dynamics model for a greenhouse located on the Bogota plateau. A black-box model was estimated from experimental data, considering a novel system structure derived from a first principles model and experimental tests. It considered two control volumes, one given by the air over the crop and a second one formed by the air trapped by crop foliage. The model was selected from a set of linear, discrete-time, statevariable systems using subspace identification methods. The estimated system was able to predict climate dynamics for both control volumes, having errors below 8%. Such performance was comparable to previous work reported in literature while the obtained model was a low-complexity linear system

EMI filter techniques in power electronic converters

En este artículo se presentan los resultados de la aplicación de algunas técnicas de reducción de EMI en convertidores electrónicos de potencia. Las técnicas aplicadas incluyen el apantallamiento de señales de control y de potencia, la separación de las referencias del sistema de potencia de las señales y medidas, la implementación de filtros análogos y la configuración de un adecuado sistema de disparo, de tal forma que se disminuyan al máximo las emisiones tipo IEM. En este artículo se presentan los resultados obtenidos antes y después de aplicar las técnicas de reducción de interferencias. Además los resultados son verificados usando dos técnicas de control en tiempo real RCP (Rapid Control Prototyping).

This paper presents the results of EMI reduction techniques applied to power electronic converters. The techniques applied included shielding control and power signals, separating power system references regarding reference for instrumentation and measurement signals, implementing analog filters and configuring an appropriate switch trigger system for electronic power to decrease shifting EMI emissions to the maximum. Thispaper presents the results before and afterapplying the techniques to reduce interference. The results were also veryfied by using two real time control strategies rapid control prototyping (RCP).

The feasibility of daily, weekly and ten-day water-level forecasting in Colombia

El presente artículo analiza y concluye sobre la viabilidad de pronósticos hidrológicos de niveles diarios, semanales y decadales en 20 estaciones hidrológicas de la red de monitoreo hidrometeorológico que soporta al Servicio de Alertas del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales - Ideam en Colombia (http://www.ideam.gov.co). Esta viabilidad se determina a través de un conjunto de criterios de desempeño ortogonales y para el presente estudio recomienda la aplicación de combinaciones lineales adaptativamente óptimas (CLAO) como operador viable para la configuración de un sistema de pronóstico hidrológico en tiempo real de niveles diarios, semanales y decadales. En conclusión, se muestra que los pronósticos de niveles diarios, semanales y decadales tienen una viabilidad de pronóstico satisfactoria para el 70% de los casos estudiados.

This paper analyses the feasibility of forecasting daily, weekly and ten-day water-levels at 20 hydrological stations forming part of the monitoring network supporting the Institute of Hydrology, Meteorology and Environmental Studies' (IDEAM) Alert Service in Colombia (http://www.ideam.gov.co). Such viability was determined by a set of orthogonal performance criteria and implementing optimally adaptive linear combinations (OALC) was recommended for this study as a viable operator for configuring a real-time hydrological forecast system. It is shown that the forecast for daily, weekly and ten-day levels had satisfactory viability for 70% of the cases studied.

Two-phase kinetic model for epoxidation of soybean oil

Se implementa un modelo cinético de dos fases para el análisis de un proceso convencional de epoxidación, utilizando un ácido percarboxílico generado in situ mediante la adición de peróxido de hidrógeno, en un sistema de dos fases usando un catalizador homogéneo. Los datos obtenidos se ajustan mediante el método de mínimos cuadrados (obteniendo un coeficiente de correlación de 0,88). En general, la simulación predice cercanamente los valores de contenido de oxígeno oxirano, en especial durante la primera etapa de reacción, y una desviación hacia el final de la epoxidación debida posiblemente a las múltiples reacciones de degradación.

A two-phase kinetic model was implemented for analysing conventional epoxidation, using a percarboxylic acid generated in situ through adding hydrogen peroxide in a two phase system having a homogeneous catalyst. Data was adjusted using the least square method (0.88 correlation coefficient). The simulation closely predicted oxirane oxygen content values, especially during the first stage of reaction and deviation at the end of epoxidation due, possibly, to different degradation reactions.

A new algorithm for detecting and correcting bad pixels in infrared images

Se expone un nuevo algoritmo de procesamiento de imágenes para detectar y corregir píxeles anómalos que resalten de manera individual entre sus vecinos en imágenes de una secuencia térmica obtenida a partir de un procedimiento de termografía activa, sin afectar la apariencia global de cada imagen, como ocurre al emplear una estrategia clásica de filtrado espacial. Como resultado principal de este filtrado selectivo, se detectan y reemplazan en un alto porcentaje aquellos píxeles defectuosos de fabricación o por el uso continuo del dispositivo CCD de la cámara infrarroja, lo cual reduce el riesgo de malas interpretaciones en el análisis posterior. Para el desarrollo y prueba del algoritmo propuesto se utilizaron secuencias de video tomadas con una cámara Cincinnati Electronics de indio-antimonio (InSb) para inspeccionar láminas de CFRP (plástico reforzado con fibra de carbono) mediante la técnica de termografía activa. Los resultados del algoritmo se comparan con una lista de píxeles defectuosos dada por el fabricante de la cámara, arrojando un porcentaje de coincidencia de alrededor del 70%. El presente trabajo toma relevancia al considerar que en la literatura científica se encuentran muy pocos estudios en este campo, centrándose la mayoría en el preprocesamiento de imágenes astronómicas; además, en Colombia se está en una etapa de introducción creciente de técnicas de evaluación no destructiva por termografía (ENDT) en amplios sectores industriales que incluyen generación y transmisión de energía, ingenios azucareros y aeronáutica militar, entre otros.

An image processing algorithm detects and replaces abnormal pixels individually, highlighting them amongst their neighbours in a sequence of thermal images without affecting overall texture, like classical filtering does. Bad pixels from manufacture or constant use of a CCD device in an IR camera are thus detected and replaced with a very good success rate, thereby reducing the risk of bad interpretation. Some thermal sequences from CFRP plates, taken by a Cincinnati Electronics InSb IR camera, were used for developing and testing this algorithm. The results were compared to a detailed list of bad pixels given by the manufacturer (about 70% coincidence). This work becomes relevant considering that the number of papers on this subject is low; most of them talk about astronomical image preprocessing. Moreover, thermographic non-destructive testing (TNDT) techniques are gaining popularity in Colombia at introductory levels in industrial sectors such as energy generation and transmission, sugar production and military aeronautics.

The Electromagnetic Compatibility Research Group: research questions

This paper summarises the Universidad Nacional de Colombias Electrical and Electronic Engineering Departments Electromagnetic Compatibility Research Group (EMC-UNC) activities during the last 30 years. The group was involved in developing experimental tools during the early 1980s, such as constructing high-voltage apparatus, developing high-voltage practical work for students and observing electrical discharges. These tools enabled the group to spend a decade focused on resolving one of the Colombian electrical sectors main EMC problems: distribution transformers failures caused by lightning. For almost a decade this investigation was focused on understanding the causes of the extremely high failure index in Colombian rural areas, especially in the Rionegro basin. The main result of this investigation was a reduction by one order of magnitude in mean 10% distribution transformer failure rate. During this research work a noticeable pattern was observed of several electrically-isolated metallic bodies immersed in an electric field (i.e. floating electrodes). This was led to initiating floating electrode studies and formulating a new scientific question, How do corona electrical discharges interact with floating electrodes? This new research question was dealt with during the second half of the 1990s and the first decade of the 2000s. This investigation was related to using electrostatically-accumulated charge on a floating electrode. This question opened up four research areas: gas discharge physics, generating fast current impulses, harvesting energy from the electric field and the possibility of high impedance current sources. This paper has summarised the most relevant work done by the EMC-UNC group on these topics. This floating electrode research work started by formulating four patents. Fresh research questions for the 2010s were related to measuring lightning electromagnetic pulses (LEMP), intentional electromagnetic interference (IEMI) studies, measuring picoseconds-rise-time impulses, cleaning water by corona discharge and harvesting, accumulating and using small amounts of energy extracted from electric and electromagnetic fields. The future of the EMC-UNC group is closely related to interaction with other groups.

Este artículo resume las actividades desarrolladas por el Grupo de Investigación en Compatibilidad Electromagnética -EMC- de la Universidad Nacional de Colombia, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, durante los últimos 30 años. A principios de los años ochenta, y durante un lustro, el grupo se concentró en el desarrollo de herramientas experimentales como la construcción de aparatos de alta tensión, prácticas docentes para estudiantes y observación de las descargas eléctricas. Con estas herramientas pudo enfocarse, durante una década, en la solución de uno de los mayores problemas de compatibilidad electromagnética del sector eléctrico colombiano: las fallas de los transformadores de distribución causadas por los rayos. Por cerca de diez años esta investigación se enfocó en entender las causas del extremadamente alto índice de fallas de transformadores de distribución en las zonas rurales colombianas, especialmente en la vertiente del río Negro. El principal resultado de esta investigación fue la reducción, en un orden de magnitud en la tasa promedio de falla de los transformadores de distribución, del 10%. En este trabajo se observó un comportamiento notable de diversos objetos metálicos eléctricamente aislados e inmersos en un campo eléctrico, los llamados electrodos flotantes. Ese fue el inicio de los estudios de electrodos flotantes y la formulación de una pregunta científica: ¿cómo interactúan las descargas eléctricas con los electrodos flotantes? Ésta nueva pregunta se enfrentó en el segundo lustro de los años noventa y la primera década del 2000. El estudio estaba relacionado con el uso de la carga acumulada en un electrodo flotante, y la pregunta abrió cuatro áreas de investigación: física de la descarga en gases, generación de impulsos rápidos, recolección de la energía presente en el campo eléctrico y posibilidades de las fuentes de alta impedancia. En el presente trabajo se resume lo más relevante hecho por el Grupo EMC-UN en dichos frentes. La investigación de los electrodos flotantes se inició con la formulación de cuatro patentes. Las nuevas preguntas para la década del 2010 están relacionadas con la medición de impulsos electromagnéticos producidos por los rayos (LEMP), estudios en interferencia intencional (IEMI), medición de impulsos de corriente con tiempos de ascenso en el rango de los pico-segundos, limpieza de agua mediante la aplicación de ozono generado por descargas eléctricas; y recolección, almacenamiento y uso de las pequeñas cantidades de energía extraídas de los campos eléctricos y electromagnéticos. El futuro del Grupo de Compatibilidad Electromagnética está fuertemente relacionado con la interacción con otros grupos de investigación.