Ingeniería e Investigación

LDPE and PP thermal diffusivity in molten state

Experimental results are reported for measuring the thermal diffusivity of two polymer species: low density polyethylene (LDPE) and polypropylene (PP). Measurements were taken in unsteady state heat flow conditions around the materials' melting temperature, using a device specially constructed for this purpose. The experimental results for the sample's temperature profile (temperature gradient product) were adjusted with the theoretical results obtained by solving the heat conduction equation. Diffusivity values were α =6.92 x 10-7 m²/s for LDPE and α =5.53 x 10-7 m²/s for PP. This was pioneering work in measuring this property at high temperatures in non-stationary state heat flow conditions and should be useful in the search for improving the conditions for processing these materials.

Se reportan los resultados experimentales de la medición de la difusividad térmica de dos especies poliméricas: polietileno de baja densidad (LDPE) y polipropileno (PP). Las medidas fueron realizadas en condiciones de flujo de calor no estacionario, usando un dispositivo especialmente construido para ello y a temperatura alrededor de la de fusión de los materiales. Los resultados experimentales del perfil de temperatura a través de las muestras, producto de la existencia de un gradiente de temperatura en ellas, fueron ajustados con los resultados teóricos obtenidos de la solución de la ecuación de conducción del calor. Los valores de difusividad hallados fueron α =6.92 x 10-7 m²/s y α =5.53 x 10-7 m²/s para LDPE y PP respectivamente. Este es un trabajo pionero en la medición de esta propiedad a temperaturas elevadas, en condiciones de flujo de calor no estacionario, y ello es útil en la búsqueda de mejoras de las condiciones de procesado en estos materiales.

Characterising μ-AlTiN coating and assessing its performance during Ti-6Al-4V milling

This study investigated the mechanical properties and performance of μ-AlTiN coating deposited by PVD cathodic arc technique for a specific Al0, 67Ti0, 33N composition deposited on a WC-Co and AISI D2 steel substrate. The structure of the coating was analysed using SEM, EDAX, XRD, AFM and TEM. Nano indentation measurements were used for analysing mechanical properties; the coating's performance was evaluated during the milling of a titanium alloy (Ti6Al4V). The TiN film was initially deposited to improve adhesion between coating and substrate, where columnar grains ranging in size from 200 to 500 nm were observed having NaCl-type structure. μ-AlTiN grain growth was also columnar but had ~50 nm grain size. The μ-AlTiN coated tool life was compared to an uncoated tool to determine the coating's influence during Ti6Al4V milling. The μ-AlTiN coating improved tool life by 100% compared to that of an uncoated tool due to aluminium oxide and TiC formation on the surface and a decrease in friction coefficient between the chip and the tool.

Las propiedades mecánicas y el desempeño del recubrimiento μ-AlTiN depositado por la técnica PVD por arco catódico ha sido investigada para una composición específica de Al0,67Ti0,33N depositada en sustrato de WC-Co y acero AISI D2; su estructura fue analizada usando SEM, EDAX, DRX, AFM y TEM, y las propiedades mecánicas se analizaron a partir de medidas de nanoindentación. El desempeño del recubrimiento fue evaluado durante el fresado de una aleación de titanio (Ti6Al4V). Una película de TiN fue depositada inicialmente para aumentar la adhesión del recubrimiento con el sustrato, donde se observan granos columnares entre 200 y 500 nm de estructura tipo NaCl y crecimiento de granos del μ-AlTiN también columnares con tamaño de grano ~50 nm. La vida de la herramienta recubierta fue comparada con otra sin recubrir para determinar la influencia del recubrimiento durante el fresado del Ti6Al4V. El recubrimiento μ-AlTiN mejora la vida de la herramienta en un 100% respecto a la herramienta sin recubrir, debido a la formación de un óxido de aluminio y TiC en la superficie y en la disminución del coeficiente de fricción entre el chip y la herramienta.

AlN film deposition as a semiconductor device: Deposición de películas de AlN como dispositivos semiconductores

AlN films were deposited by pulsed laser deposition (PLD) using an Nd: YAG laser (λ = 1064 nm). The films were deposited in a nitrogen atmosphere as working gas; the cathode was an aluminium high purity (99.99%) target. The films were deposited using 7 J/cm² laser fluence for 10 minutes on silicon (100) substrates. The working pressure was 9x10-3 mbar and the substrate temperature was varied from 200ºC to 630ºC. The thickness measured by profilometer was 150 nm for all films. Moreover, surface acoustic wave (SAW) devices with a Mo/AlN/Si configuration have been fabricated using AlN-buffer and Mo Channel. The films' morphology and composition were studied using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray analysis (EDX), respectively. The films' optical reflectance spectra and colour coordinates were obtained by optical spectral reflectometry in the 400-900 cm-1 range using an Ocean Optics 2000 spectrophotometer. The present work found clear dependence on morphological properties, reflectance, dominant wavelength colour purity, frequency response and acoustic wave speed in terms of the temperature applied to the substrate. About 30% reduction in reflectance was observed and increased acoustic wave speed of about 1.3 % when the temperature was increased from 200ºC to 630ºC.

Películas de AlN fueron depositados por la técnica de deposición por láser pulsado (PLD), utilizando un láser Nd: YAG con una longitud de onda de 1064 nm. Las películas fueron depositadas en una atmósfera de nitrógeno como gas de trabajo; como cátodo se usó aluminio de alta pureza (99,99%). Las películas fueron depositadas con una fluencia del láser de 2,28 J/cm2 durante 10 minutos sobre sustratos de silicio (100). La presión de trabajo fue de 9 x 10-3 mbar y la temperatura del sustrato se varió desde 200 ºC a 630 ºC. El espesor medido por perfilometría fue de 150 nm para todas las películas. Además se fabricaron los dispositivos de ondas acústicas de superficie (SAW) con una configuración Mo/AlN/Si, empleando AlN-bufer y un canal de Mo. La morfología y la composición de las películas se estudiaron mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) y energía dispersiva de rayos X de análisis (EDX), respectivamente. Los espectros de reflectancia óptica y color de coordenadas de las películas se obtuvieron por la técnica óptica reflectometría espectral en el rango de 400-900 cm-1 por medio de un espectrofotómetro Ocean Optics 2000. En este trabajo se encontró una clara dependencia de las propiedades morfológicas, reflectancia, pureza dominante, longitud de onda del color, la respuesta de frecuencia y velocidad de la onda acústica en términos de la temperatura aplicada al sustrato. Se observó una reducción en la reflectancia de aproximadamente 30% y aumento de velocidad de la onda acústica de aproximadamente 1,3% cuando la temperatura se incrementó desde 200 ºC a 630 ºC.

A review of conceptual transparency in US and Colombian seismic design building codes

The goal of re-examinination of seismic design codes is aimed at making their provisions as transparent as possible for users so that the design would be clear and enriching for structural engineers. This paper presents a transparency evaluation of the codes currently being used in the USA and Colombia for seismic design of buildings. It is demonstrated that the procedures used in most codes do not offer a clear view of buildings' seismic response assessment. The Colombian code should become as conceptually transparent as possible when defining strength modification factors and assessing maximum lateral displacement. In addition, at least two limit states (service and life safety) should be clearly defined, along with allowable story drift thereby better reflect expected structural performance. Otherwise, using current procedures could lead not only to interpretation errors but also inadequate estimation of seismic strength and deformation demands.

La reexaminación de los reglamentos de diseño sísmico pretende que los requisitos sean tan transparentes como sea posible para los usuarios, de tal manera que el proceso de diseño sea claro y enriquecedor para los ingenieros estructurales. En este artículo se presenta una evaluación de la transparencia de los reglamentos utilizados actualmente en Estados Unidos y Colombia para diseño sísmico de edificios. Se demuestra que los procedimientos utilizados en la mayoría de los reglamentos de edificios no proporciona una visión clara para evaluar la respuesta sísmica. El reglamento colombiano debe llegar a ser tan conceptualmente transparente como sea posible, en cuanto a la definición de los factores de modificación de resistencia y a la evaluación de los máximos desplazamientos laterales. Adicionalmente, se deben definir claramente mínimo dos estados límite (servicio y seguridad a la vida), junto con derivas de piso permisible que reflejen mejor el comportamiento estructural esperado. De lo contrario, el uso de los procedimientos vigentes podría originar no solo errores de interpretación, sino estimación inadecuada de las demandas de resistencia y deformación.

Total organic carbon removal from a chemical lab's wastewater using Fenton's reagent

Treating industrial wastewater represents a serious problem nowadays; it requires a strong understanding of the particular systems and (in most of cases) ad hoc solutions. This work describes the use of Fenton's reagent (reaction between H2O2 and Fe(II)) for removing total organic carbon (TOC) from a particular chemical laboratory's lab-scale batch reactor wastewater. Some operating variables (hydrogen peroxide and ferrous ion concentration, temperature and pH) were evaluated regarding final TOC removal. An economic optimisation was made by means of a second order polynomial model representing these variables' behaviour regarding TOC removal (0.94 R2). The highest experimentally reached TOC removal was 88.8% at 50 mg/L [Fe(II)]0, 50 mM [H2O2]0 , pH=2.8 at 80oC, while 53.9% was obtained in optimised conditions, i.e. 36 mg/L [Fe(II)]0 , 45.5 mM [H2O2]0 , pH=2.6 at 20ºC. It was found that the Fenton process could achieve 41% removal, even in adverse conditions (pH close to 6). It was noted from the analysis that both H2O2 concentration and temperature had a powerful effect on organic matter degradation efficiency, as well as on total treatment cost.

El tratamiento de efluentes residuales industriales representa un serio problema en la actualidad, ya que, por lo general, requiere de soluciones particulares (ad hoc). Este trabajo describe el uso del reactivo Fenton [reacción entre H2O2 y Fe(II)] en la remoción de materia orgánica medida como carbono orgánico total (COT), sobre un efluente proveniente de un laboratorio de análisis químico. Para dicho fin se evaluó el papel que desempeñan algunas de las condiciones de operación del proceso [concentraciones de H2O2 y Fe(II], temperatura y pH] sobre la remoción final de COT del efluente. Al mismo tiempo se desarrolló la optimización económica del tratamiento, ajustando los datos experimentales a un modelo multivariable polinomial de segundo orden que representa el comportamiento del sistema con un R2 de 0.94. Experimentalmente, la mejor remoción encontrada fue de 88,8%, empleando [Fe(II)]0 = 50 mg/L; [H2O2]0 = 50 mM; pH = 2,8 y T = 80 oC, mientras que en el óptimo económico ([Fe(II)]0 = 36 mg/L; [H2O2]0 = 45,5 mM; pH= 2,6 y T = 20 ºC) se alcanzó un 53,9%. Por otra parte, se evidenció que incluso en condiciones adversas para el reactivo Fenton (pH sobre 6) se consiguió una remoción de COT del orden de 41%. Se encontró que la concentración de H2O2 y la temperatura de reacción tienen los efectos más significativos tanto en la eficiencia del proceso como en el costo de operación, lo que las convierte en variables a priorizar en la ejecución del tratamiento.

Ceramic bricks made from municipal solid waste incineration-derived clay and ashes: a quality study

This paper presents analytical data from tests on bricks made from different clay/ash mixtures. The ashes used were obtained from a Hoffmann-type brick-making furnace equipped for coal and municipal solid waste co-firing. The bricks were physically and chemically characterised and their quality was determined by porosimetry, water absorption, breaking load and tensile strength tests. Brick loading capacity increased by up to 10% with ash mixtures and decreased at higher percentages, whereas water absorption increased brick loading capacity for all mixtures. This study showed that clay/ash bricks complied with all the quality standards required in Colombia.

Se presentan los resultados de pruebas analíticas realizadas en ladrillos fabricados a partir de diferentes mezclas de arcilla y ceniza. Las cenizas fueron obtenidas de un horno ladrillero tipo Hoffman equipado para coincinerar carbón y residuos sólidos municipales. Las muestras fueron caracterizadas física y químicamente y su calidad se determinó a través de pruebas de porosimetría, absorción y esfuerzo de tensión y de ruptura. La capacidad portante de los ladrillos aumenta con contenidos de ceniza hasta del 10% y decrece en proporciones mayores. La absorción de agua es superior para todas las combinaciones de mezcla. Este estudio reporta que ladrillos elaborados utilizando mezclas arcilla/ceniza cumplen con todos los requisitos de calidad exigidos en Colombia.

Urban air pollution in school-related microenvironments in Bogota, Colombia

Particle-related pollution (PM10, PM2.5 and soot) was measured in both indoor and outdoor microenvironments at four public elementary schools in Bogota, Colombia. Three of these schools were located alongside major urban roads in which different types of public transit systems are used (bus rapid transit system and conventional transit buses). The fourth school was located on a non-congested road (background school). Pollutant levels at schools situated on major-roads were higher than those found at the low-congestion-road school. Outdoor black carbon daily mean concentrations at the schools located near major roads were up to six times higher than those recorded at the background school. Mean particulate matter concentrations at schools near major roads were above international standards, suggesting that school-age children in Bogota are exposed to pollution levels that are considered to be harmful by environmental and public health authorities. Elevated indoor and outdoor pollutant concentrations documented in this study suggested that traffic has a direct impact on air quality regarding the schools' characterised microenvironments.

Se caracterizaron los niveles de material particulado respirable (PM10), material particulado fino (PM2.5) y carbono elemental (BC) en microambientes intramurales y exteriores de cuatro colegios distritales en Bogotá. Tres de estos colegios estaban ubicados en inmediaciones de vías principales consideradas de alto tráfico vehicular, por las que circulan distintos tipos de transporte público (colectivo convencional y transporte público masivo). El colegio restante (utilizado como sitio control) se encontraba ubicado sobre una vía secundaria, no congestionada. En general, los niveles de contaminación encontrados en los microambientes de los colegios ubicados en vías con alto tráfico vehicular fueron significativamente mayores que aquellos reportados en el colegio control. Por ejemplo, las concentraciones de BC documentadas en microambientes exteriores de los colegios ubicados sobre vías principales fueron hasta seis veces mayores que aquellas encontradas en el colegio control. Las concentraciones promedio reportadas sugieren que los menores en edad escolar en Bogotá se encuentran expuestos a niveles de contaminación considerados como nocivos para la salud por las autoridades internacionales. Adicionalmente, la evidencia recolectada propone que en los colegios evaluados, el tráfico vehicular tiene un impacto importante en la calidad del aire al interior de los mismos.

Developing high-performance concrete incorporating highly-reactive rice husk ash

The aim of this study is to present results of an investigation about the developing of a highperformance concrete (HPC) using a highly reactive pozzolan made from chemically treated rice husk ash (ChRHA) prepared by a chemical-thermal attack to the rice husk. This particular rice husk ash (RHA) consists of 99% of silica, highly amorphous, white in color and of greater pozzolanic activity than the silica fume and another rice husk ash prepared with only by a thermal treatment. The results of the physical, chemical and mineralogical characteristics of ChRHA are analyzed. In this study, the compressive strength, flexural strength, water absorption, resistance to carbonation, total charge-passed derived from rapid chloride permeability test (RCPT) and modulus of elasticity of hardened concrete were determined in the laboratory. Test results indicate that it is possible to produce HPC with the incorporation the chemically treated RHA. The incorporation of the chemically treated rice husk ash into the concrete enhances the compressive strengthand the durability properties being comparable to the properties of high performance concretes with silica fume (SF) made with the same replacement levels.

El propósito del presente estudio es el de investigar la posibilidad de producir concretos de alto desempeño (HPC, por sus siglas en inglés) mediante el uso de un material puzolánico de alta reactividad elaborado a partir de ceniza de cascarilla de arroz tratada químicamente (ChRHA, por sus siglas en inglés) y preparada mediante un ataque térmico-químico a la cascarilla de arroz. Esta particular ceniza de cascarilla de arroz consiste de 99% sílice de alta amorfidad, blanca, con mayor actividad puzolánica que el humo de sílice y que la ceniza de cascarilla de arroz preparada únicamente con tratamiento térmico (TRHA, por sus siglas en inglés). Las características físicas, químicas y mineralógicas de las cenizas producidas fueron analizadas. En el presente estudio se evaluó la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión, la absorción de agua, la resistencia a la carbonatación, la carga total que pasa, derivada del ensayo rápido de permeabilidad a cloruros (RCPT, por sus siglas en inglés) y el módulo de elasticidad de los concretos endurecidos. Los resultados obtenidos de los ensayos indican que es posible producir concretos de alto desempeño con la incorporación de RHA tratada químicamente (ChRHA) en las mezclas de concretos, mejorando las propiedades mecánicas y de durabilidad, que son comparables a las propiedades de concretos de alto desempeño con humo de sílice (SF, por sus siglas en inglés) manufacturados con los mismos niveles de reemplazo.

An optimal algorithm for estimating angular speed using incremental encoders

This paper proposes a new algorithm using signals from an incremental encoder for estimating a rotating shaft's speed. This algorithm eliminated the oscillations appearing in classical fixed-time and fixed-space algorithms, even when speed was constant. A fixed-time algorithm measures angular displacement at fixed-time intervals, while a fixed-space algorithm measures time every fixed-angular displacement. Time and displacement measurements were used to generate estimations for speed. The new algorithm generated a unique value for estimating speed due to synchronising encoder pulses and a signal formed by impulses every time increase (delta). A first modification of the proposed algorithm was defined, resulting in the harmonic mean between these two proposed alternatives having the smallest relative error possible. This error was always smaller than half the error with fixed-time and fixed-space algorithms. Experimental setup and algorithms are shown, as well as Simulink results using signals acquired from an incremental encoder.

En este artículo se propone un algoritmo nuevo, el cual utiliza las señales provenientes de un encoder incremental para aproximar la velocidad de giro de un eje. Este algoritmo elimina las oscilaciones que aparecen en los algoritmos clásicos, conocidos como a espacio fijo y a tiempo fijo, las que son visibles incluso a velocidad constante. Un algoritmo a tiempo fijo mide desplazamiento angular a intervalos de tiempo fijo, mientras que un algoritmo a espacio fijo mide tiempo a intervalos de espacio fijo. Las medidas de tiempo y desplazamiento se utilizan para estimar la velocidad. El algoritmo nuevo genera una aproximación sin saltos a velocidad constante, dada la sincronización entre los pulsos del encoder y la señal formada a partir de impulsos cada delta de tiempo. Se propone una primera modificación del algoritmo, y el resultado es que el promedio armónico entre las dos propuestas de algoritmo tiene el menor error relativo posible. Ese error siempre es menor que la mitad del error que se produciría con los algoritmos a tiempo fijo o a espacio fijo. Finalmente, se presenta un arreglo experimental para probar los algoritmos, y se muestran los resultados de la ejecución en Simulink, usando señales adquiridas de un encoder incremental.

Using radio frequency and ultrasonic antennas for inspecting pin-type insulators on medium-voltage overhead distribution lines

This paper summarises the activities undertaken when using antennas (ultrasound and radiofrequency) for identifying insulators in pre-failure state by detecting the noise emitted by the distribution line and correlating this with these insulators (porcelain pin type) dielectric breakdown. This has led to developing low-cost maintenance procedures and providing support and criteria for engineering decisions regarding replacing these insulators. The technique used two detectors; a radio frequency detector was used in a first investigation of a particular distribution line, set to 40 MHz and installed on the roof of a moving vehicle. The ultrasound detector was used for inspecting (phases A, B, C) each structure (pole) selected. Atmospheric conditions had no influence on defining pre-failure insulators (pin type) based on the noise detection technique. Pin type insulators emitting noise should be replaced since measurement was made ??from the ground and near the base of the post.

En este trabajo se presenta un resumen de las actividades realizadas durante el uso de antenas (ultrasonido y radiofrecuencia) para identificar los aisladores en el estado de previsión de fallos, a través de la detección del ruido emitido por la línea de distribución y la correlación con la ruptura dieléctrica de estos aisladores de cerámica (tipo pin). Esto permitió el desarrollo de los procedimientos de mantenimiento de bajo costo, el apoyo y los criterios para las decisiones de ingeniería dirigidas a sustituir estos aisladores. La técnica utiliza dos detectores. Un detector (radiofrecuencia) se utiliza en la primera investigación de la línea de distribución; está ajustado a 40 MHz e instalado en el techo de un vehículo que se mueve. El otro detector (ultrasonido) se utiliza para la inspección (fases A, B, C) de cada estructura (polo) seleccionado. Las condiciones atmosféricas no tienen influencia en la definición de los aisladores (tipo pin) en prefallo, sobre la base de las técnicas de detección de ruido. Por último, se recomienda la sustitución de aisladores (tipo pin) que emiten ruido, ya que la medición se hace de la tierra y cerca de la base del poste.

Towards a framework for deriving platform-independent model-driven software product lines

Model-driven software product lines (MD-SPLs) are created from domain models which are transformed, merged and composed with reusable core assets, until software products are produced. Model transformation chains (MTCs) must be specified to generate such MD-SPLs. This paper presents a framework for creating platform-independent MD-SPLs; such framework includes a domain specific language (DSL) for platform-independent MTC specification and facilities platform-specific MTC generation of several of the most used model transformation frameworks. The DSL also allows product line architects to compose generation taking the need for model transformation strategy and technology interoperability into account and specifying several types of variability involved in such generation.

Las líneas de producto de software dirigidas por modelos (MD-SPLs) son creadas a partir de modelos de dominio que se transforman, combinan y componen con artefactos reutilizables hasta que finalmente se generan productos de software. Con el fin de generar dichas MD-SPLs, es necesario especificar cadenas de transformación de modelos (MTCs). En este artículo presentamos un marco de trabajo para la creación de MD-SPLs independientes de plataforma. El marco de trabajo incluye un lenguaje de dominio particular (DSL) para la especificación de MTCs independientes de plataforma y facilidades para la generación de MTCs en plataformas específicas a fin de llegar a varios de los frameworks de transformación de modelos más utilizados (en la práctica). El DSL, además, permite que los arquitectos de líneas de producto: 1) compongan un proceso de generación teniendo en cuenta la necesidad de interoperabilidad de estrategias y tecnologías de transformación de modelos, y 2) especifiquen varios tipos de variabilidad en dicho proceso de generación.

An academic value-added mathematical model for higher education in Colombia: Caso de la educación superior en Colombia

The concept of academic added-value can be associated with a variation in the cognitive development of students who complete an educational cycle at a given institution belonging to a reference universe, related to the tendency shown by all students in the aforementioned universe. Certain knowledge at the beginning and end of the cycle must be evaluated to estimate such variation. The pertinent literature states that learning is the result of students, teachers, and classmates' intellectual capacity, mainly within the family and an institution. This article proposes an academic value-added linear mathematical model representing a single student and sets of students in Colombia, grouped by institution, in terms of two vectors: learning outcome, regarding standardised national exams at the beginning and end of higher education programmes, and context, estimated as socioeconomic strata.

El concepto de valor académico agregado puede ser asociado con la variación en el desarrollo cognitivo de estudiantes que completaron un ciclo educativo en una institución perteneciente a un universo de referencia, con relación a la tendencia mostrada por todos los individuos del mencionado universo. Para estimar tal variación es necesario evaluar cierto conocimiento al comienzo y final del ciclo. La literatura existente dice que el conocimiento es el resultado de las capacidades intelectuales del estudiante, profesores y compañeros de clase, principalmente en el contexto familiar e institucional. Este trabajo propone un modelo matemático lineal que representa el valor académico agregado en Colombia para el nivel de un estudiante o de un grupo de estudiantes en una institución, en términos de dos vectores: los resultados de exámenes estandarizados a nivel nacional aplicados al comienzo y final de un programa de educación superior, y el contexto estimado como el estrato socioeconómico.