Ingeniería e Investigación

A review of asphalt and asphalt mixture aging: Una revisión

This paper presents an extensive review of the pertinent literature regarding asphalt and asphalt mixture aging. Aging affects flexible pavement performance and is produced by intrinsic and extrinsic variables as well as exposure time. Intrinsic variables include asphalt and aggregate properties, a mixture's asphalt content, binder film thickness and air void content; extrinsic variables are associated with production (short-term aging) and exposure to environmental field conditions (long-term aging). Taken together, both variables demonstrate that aging results from three distinct mechanisms: volatilisation, oxidation and steric hardening. Temperature, pressure and photo degradation treatments are used to simulate aging in the laboratory and empirical and semi-empirical models are created to represent and study aging. Aging increases asphalt complex modulus and decreases the phase angle. Mixtures become stiffer while fatigue life becomes reduced. Carbonyl and sulfoxide group formation in asphalt are often studied as such chemical changes show oxidation in aged asphalts. The prevailing models used to predict asphalt aging are discussed, though more comprehensive research into asphalt aging is still needed.

Este artículo presenta una revisión bibliográfica del fenómeno de envejecimiento que experimentan los asfaltos y las mezclas asfálticas. El envejecimiento afecta el desempeño de los pavimentos flexibles y la magnitud de sus efectos se debe a la combinación de las características de los materiales (variables intrínsecas) y los efectos ambientales (variables extrínsecas) que actúan sobre ellos. Las variables intrínsecas incluyen las propiedades del asfalto y los agregados, el contenido de asfalto en la mezcla, el espesor de la película de asfalto y el contenido de vacíos. Las variables extrínsecas corresponden a dos momentos de la mezcla asfáltica; el primero, conocido como envejecimiento a corto plazo, se asocia al proceso de producción y colocación de la mezcla, y el segundo, conocido como envejecimiento a largo plazo, se asocia a la exposición a condiciones ambientales en el campo durante el tiempo de servicio. El proceso de envejecimiento ocurre por medio de tres mecanismos: volatilización, oxidación y endurecimiento estérico. Para simular el fenómeno en el laboratorio, se llevaron a cabo pruebas de envejecimiento acelerado mediante temperatura, presión y fotodegradación y a partir de ellas se crearon modelos empíricos y semiempíricos. Como resultado de esas pruebas, se ha observado el incremento en el módulo complejo y la reducción del ángulo de fase de los asfaltos. En el caso de las mezclas, se aprecia que la rigidez también se incrementa y las mezclas tienden a ser frágiles, por lo que la vida de fatiga se reduce. Los cambios químicos se manifiestan en la formación y aumento en el tiempo de grupos funcionales de carbonilo y sulfóxido. Finalmente, algunos modelos utilizados para predecir el envejecimiento se discuten. Todo lo anterior permite afirmar que la investigación del fenómeno de envejecimiento es una importante tarea de la ingeniería de pavimentos.

Beneficiated coals' char morphology

This work evaluated the char morphology of beneficiated and original coal (without beneficiation) from four Colombian coalmines: Cerrejón (La Guajira), La Jagua (Cesar), Guachinte (Valle del Cauca) and Nechí (Antioquia). Column flotation was used to obtain beneficiated coal, whereas a drop tube reactor at 1,000ºC, 104 ºC/s heating rate and 100 ms residence time was used to obtain char. The chars were analysed by image analysis which determined their shape, size, porosity and wall thickness. It was found that char morphology depended on coal rank and maceral composition. Morphological characteristics like high porosity, thinner walls and network-like morphology which are beneficial in improving combustion were present in vitrinite- and liptinite-rich lowest-ranking coals. Beneficiated coals showed that their chars had better performance regarding their morphological characteristics than their original coal chars.

Este trabajo evaluó la morfología de carbonizados beneficiados y sin beneficiar (originales) de cuatro carbones colombianos: El Cerrejón (Guajira), La Jagua (Cesar), Guachinte (Valle) y Nechí (Antioquia). Los carbones beneficiados se obtuvieron usando un proceso de flotación en columna, mientras que los carbonizados, en un reactor tubular de caída a 1000 ºC, con una velocidad de calentamiento de 104 ºC/s y un tiempo de residencia de 100 ms. Los carbonizados se analizaron usando análisis de imagen, con la cual se determinó su forma, tamaño, porosidad y espesor de pared. Se encontró que la morfología de los carbonizados depende del rango del carbón y de su composición maceral. Características morfológicas tales como alta porosidad, menor espesor de pared y morfología tipo red, adecuadas para una mejor combustión, se encontraron en los carbones de menor rango y ricos en vitrinita y liptinita. Se halló que los carbonizados de carbones beneficiados poseen mejores características morfológicas en comparación con los carbonizados de carbones originales.

Performance under sulfate attack of concrete additioned with fluid catalytic cracking catalyst residue (FCC) and metakaolin (MK)

In this work the evaluation of the performance of concrete added with Fluid Catalytic Cracking Catalyst residue (FCC) from a Colombian petroleum company, under sulfate attack, is presented. The results of this concrete are compared with the results of Metakaolin (MK) added concrete. The analysis of the pozzolanic materials included the determination of the particle size, the pozzolanic activity and the chemical and mineralogical composition. Different percentages of FCC were used as Portland cement replacement in proportions of 0, 10, 20 and 30%; similarly concrete added with 20% of MK as replacement was elaborated. Compressive strength and performance under sulfate attack were evaluated. Results showed that concrete with FCC and MK as well as control concrete had similar behavior; however its expansion was higher. In addition, the performance of the two types of concrete (FCC y MK) under sulfate attack was comparable; this could be due to fact that FCC and MK showed similarities regarding of their chemical and mineralogical composition. Importantly, after 360 days of exposure the specimens with MK and FCC showed no significant deterioration.

En este trabajo se presenta la evaluación del desempeño de concretos adicionados con un residuo de catalizador de craqueo catalítico (FCC) frente al ataque de sulfatos. Los resultados son comparados con concretos adicionados con metacaolín (MK). Los análisis de los materiales puzolánicos incluyen la determinación del tamaño de partícula, la actividad puzolánica y la composición química y mineralógica. Se utilizaron diferentes porcentajes de adición de FCC como reemplazo de cemento, en proporciones de 0, 10, 20 y 30%; de manera similar, se elaboraron concretos adicionados con MK en un 20%. Se evaluó la resistencia a la compresión y el desempeño frente al ataque de sulfatos. Los resultados mostraron que los concretos adicionados con FCC y MK tuvieron un comportamiento mecánico similar a la muestra control; sin embargo, frente a la expansión fueron superiores. Adicionalmente, el desempeño de los dos tipos de concretos (FCC y MK) bajo la acción de la solución de sulfatos fue comparable; esto puede deberse a que el FCC y el MK presentan similitudes en cuanto a su composición química y mineralógica. Se destaca que después de 360 días de exposición las muestras con MK y FCC no presentaron deterioro importante.

The corrosion resistance of 140MXC, 530AS and 560AS coatings produced by thermal spraying

Three commercial materials were deposited using electric arc thermal spraying: 140MXC (with Fe, W, Cr, Nb), 530AS (AISI 1015 steel) and 560AS (AISI 420 steel) on AISI 4340 steel. The aim of this paper was to evaluate the best strategy for improving a coating-substrate system's corrosion resistance, using the following combinations: homogeneous single coatings, bilayers consisting of 530AS or 560AS under 140MXC and 140MXC + 530AS and 140MXC + 560AS coatings deposited simultaneously. The coatings were characterised using optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Corrosion resistance was evaluated through potentiodynamic polarisation and hardness by using the Vickers test. Corrosion resistance depends on the amount of microstructure defects, the deposition strategy and the alloy elements. However, corrosion resistance was similar in single coatings of 140MXC and bilayers, having -630 V corrosion potential and 708 nA corrosion current. The details and corrosion mechanism of the coatings so produced are described in this paper.

Mediante proyección térmica de arco eléctrico fueron depositados tres materiales comercialmente conocidos como: 140 MXC (a base de Fe, W, Cr, Nb), 530 AS (acero AISI 1015) y 560 AS (acero AISI 420), sobre acero AISI 4340. Con el objetivo de evaluar la mejor estrategia para incrementar la resistencia a la corrosión en el sistema capa-sustrato, los recubrimientos fueron depositados de tres formas: 1) monocapas homogéneas de cada material; 2) bicapas compuestas de una monocapa de 530 AS o de 560 AS y la segunda de140 MXC en ambos casos; y 3) recubrimientos tipo monocapa, el primero depositando de manera simultánea 140 MXC + 530 AS y otro depositando de manera simultánea 140 MXC + 560 AS. Los recubrimientos fueron caracterizados mediante microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X. Fue evaluada la resistencia a la corrosión por medio de polarización potenciodinámica y la dureza mediante el ensayo Vickers. Se encontró que la resistencia a la corrosión en los recubrimientos producidos depende de la cantidad de defectos en la microestructura, de la estrategia de depósito y de los elementos en aleación. La resistencia a la corrosión fue muy similar en los recubrimientos producidos con alambres disímiles o bicapas, con un potencial de corrosión de -630 V y una densidad de corriente de 708 nm. Los detalles y mecanismos de corrosión de los recubrimientos producidos se describen en esta investigación.

The effect of extrusion and drying on roller techniques concerning the rheological characteristics of rice-, corn-, sweet potato-, bean- and cassava root- and leaf- based composite flour

Promoting food security in Latin-America and the Caribbean is directly related to agricultural products. The region faces a food crisis which has reduced large population groups' access to food. This work contributes to the study of obtaining precooked composite flour made from biofortified crops using protein, vitamin A and/or minerals. This study evaluated the effect of precooked flour's composition and precooking on its solubility in water, water absorption capacity, consistency and viscosity; such flour was obtained by extrusion and drying on rollers. The composite flours were obtained from cassava roots, sweet potato tubers, corn, rice and bean grains and cassava leaves. Four composite flours were formulated taking four- to six-year-old children's daily nutrient requirements (protein, iron, zinc and beta-carotenes) as a basis. The extruder was operated at 90ºC, 300 rpm screw rotation speed, 17.64 g/min feed flow, with 30% moisture mixture. The dryer rollers were operated at 4 rpm roller rotation speed, 90ºC surface temperature and 1 mm separation between rollers. It was determined that flour dried on rollers led to more complete cooking and modified starch granule structure than precooking by extrusion, thereby producing flour having greater solubility in water, less water absorption, higher consistency and smaller viscosity, comparable to that of pattern flour.

La promoción de la seguridad alimentaria en América Latina y el Caribe está directamente relacionada con los productos agrícolas. La región enfrenta una crisis alimentaria que ha reducido el acceso a los alimentos a amplios grupos poblacionales. Este trabajo contribuyó al desarrollo de harinas compuestas precocidas utilizando seis cultivos biofortificados en proteína, vitamina A o minerales. Se evaluó el efecto de la composición de la harina y el proceso de precocción sobre la solubilidad en agua, capacidad de absorción de agua, consistencia y viscosidad de harinas precocidas obtenidas mediante los procesos de extrusión y secado en rodillos. Las harinas compuestas fueron obtenidas a partir de: raíces de yuca, tubérculos de batata, granos de maíz, arroz y fríjol, y lámina foliar de yuca. Fueron formuladas cuatro harinas compuestas con base en los requerimientos diarios de nutrientes (proteína, hierro, zinc y betacarotenos) para niños de 4 a 6 años. El extrusor fue operado a una temperatura de 90 oC, velocidad de giro del tornillo: 300 r. p. m., flujo de alimentación: 17,64 g/min y humedad de la mezcla: 30%. El secador de rodillos fue operado a una velocidad de giro de los rodillos de 4 r. p. m., temperatura de superficie 90 oC y separación entre rodillos 1 mm. Se determinó que las harinas secadas en rodillos producen mayor grado de cocción y modificación de la estructura de los gránulos de almidón que la precocción por extrusión, obteniéndose harinas de mayor solubilidad en agua, menor absorción de agua, mayor consistencia y menor viscosidad, las cuales fueron comparables con las harinas patrón.

**Ultrafiltration and osmotic evaporation applied to the concentration of cholupa (Passiflora maliformis) juice**

Cholupa it's an exotic fruit that has excellent organoleptic characteristics but highly sensitive to thermal treatments. Fruit was harvested in commercial fields and for each process stage, the following physicochemical parameters were analyzed: soluble solids, pH, total solids, viscosity, and turbidity. Was used a Pellicon2® ultrafiltration system (10 kDa) with flat membranes and filtration area 0.5 m², osmotic evaporator had a polypropylene hydrophobic hollow fiber module MD020CP2N® with area 0.104 m². Prior to ultrafiltration, in order to obtain a higher permeate flow, juice was subjected to enzymatic treatment with commercial mixtures, found that doses of Maxoliva® (50 µl/100g) and Rapidase® (40 µl/100g) are best treatment, which had a significant effect (P<0.05) reducing the viscosity and increase soluble solids; in clarification process by ultrafiltration, permeate flux rate has a behavior that fulfills Darcy law, with 19.4 and 6.0 l m-2 h-1, as maximum and minimum, respectively. Finally, osmotic evaporation process produce a concentrate of 65.15±0.36º Brix with homogeneous appearance, dark yellow color, which when it's reconstituted dissolves easily in water. The results show that ultrafiltration and osmotic evaporation proved to be effective and synergistic technologies to get a good quality concentrate, that preserve much original characteristics of juice. This is the first work reported about cholupa juice processing.

La cholupa es una fruta exótica que tiene excelentes características organolépticas, pero muy sensibles a los tratamientos térmicos. La fruta fue cosechada en cultivos comerciales y para cada etapa del proceso, los parámetros fisicoquímicos analizados fueron: sólidos solubles, pH, sólidos totales, turbidez, viscosidad. Se utilizó un sistema de ultrafiltración Pellicon2® (10 kDa) con membranas planas y área de filtración 0.5 m2, el evaporador osmótico fue un módulo de fibras huecas (MD020CP2N®) con área 0.104 m2. Antes de la ultrafiltración el jugo se sometió a tratamiento enzimático, encontrando que las dosis de Maxoliva® (50 µl/100g) y Rapidase® (40 µl/100g) son el mejor tratamiento (P<0.05) para reducir la viscosidad y aumentar los sólidos solubles; en el proceso de clarificación por ultrafiltración, el flux de permeado tiene un comportamiento que cumple la ley de Darcy, con 19.4 y el 6.0 l m-2h-1, como máximo y mínimo, respectivamente. Por último, en el proceso de evaporación osmótica se obtiene un concentrado de 65.15±0.36 ºBrix, el cual tiene un aspecto homogéneo, color amarillo oscuro, el cual al ser reconstituido se disuelve fácilmente en agua. Los resultados evidencian que la ultrafiltración y evaporación osmótica demostraron ser tecnologías eficaces y sinérgicas para obtener un concentrado de buena calidad, que conserva las características originales del jugo. Este es el primer trabajo reportado sobre el procesamiento del jugo de cholupa.

Experimentally obtaining on-line FRA in transformers by injecting controlled pulses: Obtención experimental de FRA on-line en transformadores mediante la inyección de pulsos controlados

Transformer monitoring based on the operating condition (on-line test) has boomed in recent years because it allows early detection of risk situations or limitations regarding use to make appropriate decisions before a failure occurs. Frequency response analysis (FRA) is one of the most heavily researched techniques for on-line development; it is based on obtaining a transformer's frequency response (admittance, impedance or transfer function) in a given bandwidth. This paper presents an experimental method for obtaining the frequency response with the transformer in service by injecting controlled pulses of the voltage signal using an external electronic circuit. Once the voltage and current signals had been recorded, the wavelet transform was used via multi-resolution analysis (MRA) for filtering. This led to results being obtained without noise interference from the electrical system. The transfer function was obtained in terms of impedance, using the fast Fourier transform (FFT). The proposed method represented an alternative in solving some problems arising from the on-line FRA technique such as filtering and results' repeatability. The tests involved a 5-kVA 1150/345 V three-phase transformer and a 3-kVA, 7620/240 V single-phase transformer in the Universidad del Valle's High Voltage Laboratory.

El monitoreo en transformadores basado en la condición de operación (pruebas en línea) ha tenido un gran auge en los últimos años debido a que facilita detectar oportunamente situaciones de riesgo o limitaciones de utilidad que permita tomar decisiones oportunas, antes de que ocurra una falla. Una de las técnicas en la cual se viene investigando con fuerza para el desarrollo en línea es el análisis de la respuesta en frecuencia (FRA), la cual se basa en obtener la respuesta en frecuencia (admitancia, impedancia, o función de transferencia) del transformador en un ancho de banda determinado. El siguiente artículo presenta un método experimental para obtener la respuesta en frecuencia con el transformador en servicio, por medio de la inyección de pulsos controlados sobre la señal de voltaje, usando un circuito electrónico externo. Una vez registradas las señales de voltaje y corriente, se usó la transformada Wavelet mediante el análisis multirresolución (MRA) para el filtrado, lo que permitió obtener resultados sin problemas de ruido del sistema eléctrico; luego se obtuvo la función de transferencia en términos de la impedancia usando la transformada rápida de Fourier (FFT). De acuerdo con los resultados obtenidos, el método propuesto es una alternativa para dar solución a algunos problemas que se han presentado en la técnica FRA en línea hasta el momento, tales como el filtrado y la repetitividad en los resultados. Las pruebas fueron realizadas sobre un transformador trifásico de 5 kVA, 1150/345 V y un transformador monofásico de 3 kVA, 7620/240 V, en el Laboratorio de Alta tensión de la Universidad del Valle.

A magnetic suspension system for measuring liquid density

Density is a derived quantity of mass and length; it is defined as mass per volume unit and its SI unit is kg/m3. National metrology institutes have been designing and building their own magnetic suspension systems during the last 5 decades for making fluid density measurements; this has allowed them to carry out research into liquids and gases' physical characteristics. This paper was aimed at designing and developing a magnetic suspension system for a magnetic balance used in determining liquid density to be used in CENAM's metrology density laboratories.

La densidad es una magnitud derivada de las magnitudes de base masa y longitud, está definida como masa por unidad de volumen y su unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el kg/m3. En las últimas cinco décadas, en el ámbito de la metrología primaria, se han desarrollado sistemas de suspensión magnética para la determinación de densidad de fluidos, lo que ha permitido realizar investigaciones sobre las características físicas de líquidos y gases. El presente trabajo tiene como objetivo el desarrollo y diseño de un sistema de suspensión magnética que será utilizado en una balanza de suspensión magnética para determinar la densidad de líquidos en los laboratorios de metrología de densidad, en el Centro Nacional de Metrología (Cenam).

Using genetic algorithm feature selection in neural classification systems for image pattern recognition

Pattern recognition performance depends on variations during extraction, selection and classification stages. This paper presents an approach to feature selection by using genetic algorithms with regard to digital image recognition and quality control. Error rate and kappa coefficient were used for evaluating the genetic algorithm approach Neural networks were used for classification, involving the features selected by the genetic algorithms. The neural network approach was compared to a K-nearest neighbour classifier. The proposed approach performed better than the other methods.

El desempeño en el reconocimiento de patrones depende de las variaciones en las etapas de extracción, selección y clasificación. En el siguiente artículo se presenta un enfoque para selección de características utilizando un algoritmo genético aplicado a procesos de reconocimiento y control de calidad en imágenes. Para evaluar la propuesta con algoritmos genéticos se utilizan dos funciones de evaluación: tasa de error y coeficiente Kappa. Se implementan redes neuronales en la clasificación usando las características seleccionadas por el algoritmo genético. La red neuronal se compara con el clasificador de los k-vecinos. Los resultados obtenidos muestran un mejor desempeño del sistema propuesto frente a otros métodos.

A business-oriented approach to data warehouse development

Several surveys have indicated that many data warehouses fail to meet business objectives or are outright failures. One reason for this is that requirement engineering is typically overlooked in real projects. This paper addresses data warehouse design from a business perspective by highlighting business strategy analysis, alignment between data warehouse objectives and a firm's strategy, goal-oriented information requirements' modelling and how an underlying multidimensional data warehouse model may be derived. A set of guidelines is provided allowing developers to design a data warehouse aligned with a prevailing business strategy. A classic case study is presented

Varios trabajos indican que un porcentaje significativo de los almacenes de datos no cumplen con los objetivos del negocio o que son fracasos rotundos. Una de las razones consiste en que la ingeniería de requerimientos es pasada por alto en proyectos reales. En este trabajo el diseño del almacén de datos es abordado desde un punto de vista empresarial, en el que se da relevancia al análisis de la estrategia del negocio, la alineación entre los objetivos del almacén de datos y la estrategia de la empresa, un modelo de objetivos que permite obtener los requisitos de información y la derivación del modelo multidimensional del almacén. Proveemos un conjunto de directrices que permite a los desarrolladores diseñar un almacén de datos alineado a la estrategia del negocio. Se presenta un caso de estudio clásico.

**Evaluating the effect of the number of generations in IBUN 91.2.98 Leuconostoc mesenteroides cultures on enzyme extract production**

This work studied the effect of the number of generations of the IBUN 91.2.98 Leuconostoc mesenteroides strain on enzyme complex production. The subculturing technique was used on a medium which had been designed specifically for this organism for producing an enzyme complex. The effect was indirectly determined by monitoring microorganism growth and measuring the glucosyltransferase and hydrolytic activity of an enzyme extract obtained from such culture. There were 40 subcultures, representing 196 generations of IBUN 91.2.98 Leuconostoc mesenteroides. The results led to establishing that the extract's higher enzymatic activity (from 4 to 6 U/mL) was reached at the end of the culture's exponential phase and that this activity was stable during subculturing, confirming that there was no variation in strain regarding enzyme extract production until such number of generations had occurred, thereby not being limited to scaling-up to 8,000 litres.

Por medio de este trabajo de investigación se estudió el efecto del número de generaciones de la cepa IBUN 91.2.98 de Leuconostoc mesenteroides sobre la producción de un complejo enzimático. Para ello se empleó la técnica de subcultivos en un medio diseñado específicamente para este microorganismo, con fines de producción de un complejo enzimático. La estabilidad se determinó, de manera indirecta, por medio del seguimiento del crecimiento del microorganismo y la medición de las actividades glucosiltransferasa e hidrolítica de un extracto enzimático obtenido del cultivo. En total se realizaron 40 subcultivos, correspondientes a 196 generaciones de Leuconostoc mesenteroides IBUN 91.2.98. Los resultados obtenidos permiten establecer que la mayor actividad del extracto enzimático (entre 4 y 6 U/mL) se alcanza al final de la fase exponencial del cultivo y que dicha actividad se mantiene estable durante los subcultivos, confirmando que hasta ese número de generaciones no se presenta una variación de la cepa en la producción del extracto enzimático, por lo que no constituye límite para escalar hasta 8.000 litros.

A descriptive analysis of quantitative indices for multi-objective block layout

Layout generation methods provide alternative solutions whose feasibility and quality must be evaluated. Indices must be used to distinguish the feasible solutions (involving different criteria) obtained for block layout to identify s solution's suitability, according to set objectives. This paper provides an accurate and descriptive analysis of the geometric indices used in designing facility layout (during block layout phase). The indices studied here have advantages and disadvantages which should be considered by an analyst before attempting to resolve the facility layout problem. New equations are proposed for measuring geometric indices. The analysis revealed redundant indices and that a minimum number of indices covering overall quality criteria may be used when selecting alternative solutions.

Los métodos de generación de layouts proporcionan soluciones alternativas que deben ser evaluadas para verificar su factibilidad y calidad. Para poder tomar decisiones sobre su idoneidad, atendiendo a diferentes objetivos, se hace necesario el uso de indicadores que permitan distinguir, las mejores soluciones obtenidas en la fase de diagrama de bloques. En la presente contribución, se realiza una labor de síntesis y análisis descriptivo de los diferentes indicadores aportados por numerosos autores. El análisis deja en evidencia las ventajas y desventajas de cada uno de los indicadores, que deben ser consideradas por el analista antes de la aplicación. Adicionalmente se plantean nuevas formas de cálculo para indicadores de configuración de tipo geométrico. Los resultados del análisis muestran que existen indicadores redundantes y es posible seleccionar un conjunto de indicadores independientes y suficientes, de tal forma que se cumpla con los criterios generales de calidad para la selección de alternativas de solución.

Mass Transfer in Chemical Engeering Processes

Competitividad: apropiación y mecanismos para su fortalecimiento