Ingeniería e Investigación

A Look at the “Mission of Wise Men”

Resumen Esta nota editorial presenta una revisión somera del informe de la Misión de Sabios 2019. La nota reúne los aspectos más generales y plantea una discusión acerca del rol que las Facultades de Ingeniería pueden desempeñar en el marco de referencia trazado por la Misión.

Summary This editorial note presents a brief review of the report by the “2019 Mission of Wise men”. The note gathers the more general aspects and poses a discussion about the role that the Schools of Engineering can play in the framework of reference raised by the Mission.

Engineering applications of chemically-bonded phosphate ceramics

ABSTRACT Phosphate cements originated more than a century ago for specific applications to the field of dentistry. These cements have other applications including: biomaterials with bone applications, stabilization of hazardous waste, and structural cements. However, the applications in civil infrastructure are recent and not widely known. Therefore, this review discusses and analyzes phosphate cements, presenting the most significant findings of the research to address their mechanical behavior of these cements. It also describes the impact and application of phosphate cements as a structural product (pastes, mortars and concretes), in addition to typical values of mechanical strength, workability, commercial applications, etc. As a result, the review allows to elucidate advantages and disadvantages in comparison with existing technologies and the mechanical possibilities of these cements as biomaterials and for the immobilization of radioactive waste.

RESUMEN Los cementos de fosfato se originaron hace más de un siglo para aplicaciones propias en el campo de la odontología. Estos cementos registran otras aplicaciones entre las que se destacan: biomateriales con aplicaciones óseas, estabilización de desechos peligrosos y como cemento estructural. Sin embargo, las aplicaciones en obras de infraestructura civil son recientes y poco conocidas. Por este motivo, esta revisión discute y analiza los cementos de fosfato, presentando los hallazgos más significativos de las investigaciones realizadas para abordar y comprender su comportamiento mecánico. También se describen el impacto y la aplicación de los cementos de fosfato como producto estructural (pastas, morteros y hormigones), así como valores típicos de resistencia mecánica, trabajabilidad, aplicaciones comerciales, etc. Como resultado, esta revisión permite dilucidar ventajas y desventajas en comparación con las tecnologías existentes y las posibilidades mecánicas de estos cementos como biomateriales y para la inmovilización de residuos radioactivos.

Application of grid convergence index to shock wave validated with LS-DYNA and ProsAir

ABSTRACT The discretization error is not always calculated, even though it is essential for the studies of computational solid mechanics. However, it is well known that an error committed by the mesh used can be as large as the measured variable, which greatly invalidates the results obtained. The grid convergence index (GCI) method makes possible to determine on a solid basis, the order of convergence and the asymptotic solution. This method seems to be a suitable estimator despite further research is needed in the context of blast situations and finite element (FE) calculations. For this purpose, field trials were performed consisting in the detonation of a spherical hanging load of homemade explosive. The pressure generated by the shock wave was measured in different positions at two distances. With these data, a TNT equivalent has been obtained and used to calculate the shock propagation with the solvers LS-DYNA and ProsAir. This work aims to verify the GCI method by comparing its results with field data along with the simulations carried out. The comparison also seeks to validate the methodology used to obtain the TNT equivalent. This research shows that the GCI gives good results for both solvers despite the complexity of the physical problem. Besides, LS-DYNA displays better correlation with the experimental data than the ProsAir results, with an error of less than 10% in all values.

RESUMEN La estimación del error de discretización no siempre se calcula, aunque es algo fundamental para el estudio de la mecánica computacional de los sólidos. Sin embargo, es bien sabido que el error cometido por la malla utilizada puede ser del mismo orden que la variable medida, lo que llega a invalidar los resultados obtenidos. El método del índice de convergencia de la malla (GCI) permite determinar sobre una base sólida el orden de convergenciay la solución asintótica, por lo que parece ser un buen estimador, a pesar de que es necesario seguir investigando en el contexto de las situaciones de ondas de choque (explosivos) y de los cálculos de elementos finitos (FE). Para este fin, se realizaron pruebas de campo consistentes en la detonación de una carga esférica colgada de explosivo casero. La presión generada por la onda de choque se midió en diferentes posiciones a dos distancias. Con estos datos, se obtuvo un equivalente de TNT que se utilizó para calcular la propagación del choque con los programas LS-DYNA y ProsAir. Este trabajo pretende verificar el método GCI comparando sus resultados con los datos de campo junto con las simulaciones realizadas. También, la comparación busca validar la metodología empleada para la obtención del equivalente TNT. La investigación muestra que el GCI da buenos resultados para ambos programas a pesar de la complejidad del problema físico. Además, el LS-DYNA produce una mejor correlación con los datos experimentales que los aportados por el ProsAir, con todos los valores por debajo del 10 % de error.

Electrodermal activity in relation to diabetes, autonomic neuropathy and aging: a preliminary study

ABSTRACT A reduced electrodermal activity (EDA) may be related to autonomic neuropathy (AN). The aims of this study were to independently study the characteristics of the EDA and its correlation with diabetes and AN. During a self-designed test, mean skin conductance level (M-SCL), mean skin conductance response (M-SCR) to stimuli, and difference in M-SCL between feet (DBF) were obtained through a model-based decomposition based on Bayesian statistics and mathematical convex optimization. A group of 22 subjects were included for the final test. Diabetic patients were stratified based on their clinical history and care habits, dividing them into those out of risk and those at risk of developing AN. Statistical difference was found for the latter regarding M-SCR (p < 0,01) and DBF (p < 0,05) with respect to the control group. While past research failed to address potential sources of interference with the EDA measurement, namely emotional state, degree of concentration on the task, and body posture, this study proposes a well-defined protocol to stimulate subjects and acquire proper and reliable EDA data.

RESUMEN Una actividad electrodérmica (EDA) reducida puede indicar la presencia de una neuropatía autonómica (AN) subyacente. El objetivo de este estudio fue investigar las características de la EDA y su correlación con la diabetes y la AN. A través de un test desarrollado durante la investigación, el nivel promedio de conductancia de la piel (M-SCL), la respuesta promedio de la conductancia (M-SCR), y la diferencia entre los valores promedio M-SCL de ambos pies fueron calculados utilizando una descomposición paramétrica de la EDA basada en la estadística bayesiana y en la optimización matemática convexa. La prueba final incluyó 22 sujetos. Los participantes diabéticos fueron estratificados según su historial clínico y hábitos de cuidado, para obtener un grupo fuera de riesgo y otro en riesgo de desarrollar la AN. Se halló una diferencia estadística en las métricas de M-SCR (p < 0,01) y DBF (p < 0,05) en aquellos pacientes con respecto al grupo de control. Mientras las investigaciones pasadas no incluyeron factores que pueden interferir potencialmente con la medición de la EDA, tales como el estado emocional, el grado de concentración en la tarea, y la postura corporal, el presente estudio define un protocolo para la estimulación de sujetos durante la adquisición de la EDA en una manera confiable.

Compatibility of objective functions with simplex algorithm for controller tuning of HVDC system

ABSTRACT This work aims to tune multiple controllers at the same time for a HVDC system by using a self-generated (SG) simulation-based optimization technique. Online optimization is a powerful tool to improve performance of the system. Proportion integral (PI) controllers of Multi-infeed HVDC systems are optimized by the evaluation of objective functions in time simulation design (TSD). Model based simulation setup is applied for rapid selection of optimal PI control parameters, designed in PSCAD software. A multiple objective function (OF), i.e. Integral absolute error (IAE), integral square error (ISE), integral time absolute error (ITAE), integral time square error (ITSE), and integral square time error (ISTE), is assembled for testing the compatibility of OFs with nonlinear self-generated simplex algorithm (SS-SA). Improved control parameters are achieved after multiple iterations. All OFs generate optimum responses and their results are compared with each other by their minimized numerical values. Disturbance rejection criteria are also proposed to assess the designed controller performance along with robustness of system. Results are displayed in form of graphs and tables in this paper.

RESUMEN Este trabajo tiene como objetivo la sintonización de múltiples controladores al mismo tiempo para el sistema HVDC utilizando la técnica de optimización basada en la simulación autogenerada (SG). La optimización en línea es una herramienta poderosa para mejorar el rendimiento del sistema. El control integral de proporciones (PI) del sistema HVDC de alimentación múltiple se optimiza mediante la evaluación de la función objetivo en el diseño de simulación en tiempo (TSD). La configuración de simulación basada en el modelo se aplicó para la selección rápida de los parámetros de control PI óptimos, diseñados en el software PSCAD. La función de objetivo múltiple (OF), es decir, error absoluto integral (IAE), error cuadrado integral (ISE), error absoluto de tiempo integral (ITAE), error de cuadrado de tiempo integral (ITSE) y error de tiempo cuadrado integral (ISTE), se ensambla para probar la compatibilidad de OFs con algoritmo simplex autogenerado no lineal (SS-SA). Se logran parámetros de control mejorados después de múltiples iteraciones. Todos los OF generan respuestas óptimas y sus resultados se comparan entre si por sus valores numéricos minimizados. Los criterios de rechazo de perturbaciones también se proponen para evaluar el rendimiento del controlador diseñado junto con la solidez del sistema. Los resultados se muestran en forma de gráficos y tablas en este documento.

Performance measurement of a solution for the travelling salesman problem for routing through the incorporation of service time variability

ABSTRACT This work assessed the performance of a solution to the problem of assigning service squads, incorporating the variability of service times. The initial problem was modelled as a Travelling Salesman Problem (TSP), whose solution was obtained by the ant colony algorithm, showing the efficient route to be followed by the squad. Assessment of the performance of the solution by discrete event simulation (DES) included the travel time and added the service time. The TSP solution indicated that up to six customer visits could be carried out in an 8-hour working day. Validation by DES presented a stable behavior of the variance, regardless of the number of visit sites assigned along the route.

RESUMEN En este trabajo, se evaluó el desempeño de una solución del problema de asignación de brigadas al incorporar la variabilidad de los tiempos de servicio. La problemática inicial se modeló como un problema de agente viajero (TSP), cuya solución se obtuvo por medio del algoritmo colonia de hormigas y mostró la ruta eficiente que debe seguir una brigada. La evaluación del desempeño de la solución, a través de simulación de eventos discretos (DES), consideró el tiempo de recorrido y agregó el tiempo del servicio. La evaluación de desempeño de la solución del modelo TSP indicó que se pueden visitar hasta seis clientes en una jornada laboral diaria de 8 horas. El modelo de validación mediante DES presentó un comportamiento estable de la varianza, independientemente de la cantidad de puntos asignados a visitar dentro de la ruta.

Evaluation of a facility location for a food assistance supply chain. The case of Bienestarina in Colombia

ABSTRACT The evaluation of the strategic supply chain configuration is considered one of the strategic logistics decisions, especially in food assistance supply chains focused on generating better nutritional conditions in vulnerable populations. In Colombia, there is a social program called Bienestarina, which aims to promote food and nutritional security in a vulnerable population. Although the government supports the program for improving nutritional support, there are currently inconsistencies in freight flows, lack of coverage in some areas, and delivery delays. Therefore, this work aims to evaluate the current configuration of the supply chain and propose improvements related to the facility location. Such advances would enable the increase in the efficacy of the network and the reduction of malnutrition in the country. For this purpose, a mixed-integer mathematical programming model is presented, which considers the weighted distance criterion for different demand scenarios and supports the location-allocation decision in a social assistance supply chain. The current network configuration was compared with the optimal proposed structure. The comparisons show highly potential improvements in freight flow allocation, suggests several variations in the existing warehouses emplacement, and generates public policy implications to reduce the logistic cost in the system, prioritizing in turn the demand covering.

RESUMEN La evaluación de la configuración estratégica de la cadena de suministro se considera una decisión fundamental en logística, especialmente en cadenas de suministro de asistencia alimentaria cuyo objetivo es mejorar las condiciones nutricionales de poblaciones en situaciones de vulnerabilidad. Colombia cuenta con un programa estatal denominado Bienestarina, que busca promover la seguridad alimentaria de los sectores más vulnerables de la población. Aunque el programa es apoyado por el gobierno y contribuye a mejorar las condiciones nutricionales, actualmente se presentan inconsistencias en los flujos de carga, falta de cobertura en algunas áreas y demoras en las entregas. Por lo anterior, este trabajo busca evaluar la configuración actual de la cadena y proponer mejoras relacionadas con la localización de instalaciones. Esta mejora permitiría el incremento en la eficacia de la red y la reducción de la desnutrición en el país. Para este propósito, se presenta un modelo de programación matemática entera mixta que considera el criterio de distancia ponderada para diferentes escenarios de demanda y soporta la decisión de localización-asignación en una cadena de suministro de asistencia social. La configuración de red actual se comparó con la estructura óptima propuesta. Las comparaciones muestran grandes diferencias entre las asignaciones actuales y los escenarios propuestos por el modelo matemático, sugieren cambios en la localización actual de los almacenes, y genera implicaciones de política pública para la reducción del costo logístico en el sistema, priorizando a su vez la cobertura de la demanda.

It is not enough to flip your classroom. A case study in the course of Pavements in Civil Engineering

ABSTRACT The flipped classroom, as an active learning model, has given remarkable results in several areas of university teaching; however, its execution can still be improved. This research shows the implementation and improvement of the flipped classroom model in the Pavements course. It evaluates their influence on the students' final grades and on their learning experience. Three groups of students participated in this study, who enrolled in the course of Pavements of the Civil Engineering program. Group A took the course with the traditional model, while Group B took it with a flipped classroom, and Group C experienced it with a reinforced flipped model. Groups took the course in 2017, 2018 and 2019, respectively. Results show that despite using the flipped classroom models, the finals grades did not increase compared to those of the traditional model; however, they improved their learning experience. The students were more satisfied with the method; they even asked for fewer modifications than they did in the traditional model. This research shows that adding little academic tasks to the course would greatly influence the students' opinion.

RESUMEN El aula invertida, como un modelo de aprendizaje activo, ha dado resultados notables en diversas áreas de la enseñanza universitaria; sin embargo, su aplicación aún se puede mejorar. Esta investigación muestra la ejecución y mejora del modelo de aula invertida en un curso de Pavimentos. Se evalúa su influencia sobre las calificaciones finales de los estudiantes y sobre su experiencia de aprendizaje. Tres grupos de estudiantes participaron en este estudio, quienes se inscribieron el curso de Pavimentos del programa de Ingeniería Civil. El Grupo A tomó el curso con el modelo tradicional, mientras que el Grupo B lo tomó con el modelo de aula invertida, y el Grupo C lo experimentó con un modelo mejorado de aula invertida. Los grupos tomaron el curso en el 2017, 2018 y 2019, respectivamente. Los resultados muestran que, a pesar del uso de los modelos de aula invertidos, las calificaciones finales no aumentaron en comparación con los puntajes del modelo tradicional; sin embargo, sí mejoró su experiencia de aprendizaje. Los estudiantes estaban más satisfechos con el método, e incluso pidieron menos modificaciones que en el modelo tradicional. Esta investigación muestra que agregar pequeñas acciones académicas en el curso, influiría enormemente en la opinión de los estudiantes.