Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

Sonochemical effects on ZnO particles

A variety of technological applications related to oxide semiconductor-based devices have attracted great interest among the scientific community, leading to an increase in studies of these materials during the last years. Among such materials, zinc oxide (ZnO) has applications in several areas, from light- emitting diodes (LEDs) to photovoltaic devices in solar cells. Considering the physical and chemical properties conferred to these materials, the possibilities of application in technological devices depend greatly on the synthesis routes employed. Accordingly, we investigated the morphological modifications in ZnO particles when subjected to sonochemical treatment and the influence of related synthesis method parameters, such as the time and amplitude of sonication. To analyze such effects, four samples were prepared with different sonochemical treatment conditions: in two, the amplitude of sonication was kept constant while varying the time of sonication, and in the other two, the time was kept constant while varying the amplitude. The analysis of the results obtained indicated that sonochemical treatment led to superficial morphological modifications in ZnO particles. Furthermore, these modifications became more apparent when higher amplitude and longer time of sonication were employed in sample synthesis.

La variedad de aplicaciones tecnológicas relacionadas a los dispositivos basados en óxidos semiconductores nanoestructurados ha despertado un gran interés en la comunidad científica, haciendo con que los estudios relacionados a estos materiales han aumentado en los últimos años. Entre estos materiales, se encuentra el óxido de zinc (ZnO), que presenta aplicaciones en las más diversas áreas, desde diodos emisores de luz (LEDs) a los dispositivos fotovoltaicos en células solares. Con el conocimiento de que las propiedades químicas y físicas que confieren a estos materiales las posibilidades de aplicación en dispositivos tecnológicos son fuertemente dependientes de las rutas de síntesis empleadas para la obtención de los mismos, presentamos en este trabajo una investigación con respecto de las modificaciones morfológicas ocurridas en partículas de ZnO, cuando el mismo es expuesto a un tratamiento sonoquímico, además de las influencias de los parámetros relacionados a éste método de síntesis en la obtención de este material. Para analizar los parámetros presentados anteriormente, tres muestras fueron preparadas, dos de ellas manteniendo la amplitud y variando el tiempo de sonicación y otra manteniendo el tiempo y variando la amplitud de sonicación, durante el tratamiento sonoquímico. El análisis de los resultados obtenidos indica que el tratamiento sonoquímico conduce a modificaciones morfológicas superficiales en las partículas de ZnO, además estas modificaciones se presentaron más evidentes cuando una mayor amplitud y un mayor tiempo de sonicación fueron utilizados en la síntesis de las muestras.

Molecular states of laterally coupled quantum dots under electric fields

The states of a single electron trapped in two laterally coupled quantum dots are studied theoretically in the framework of the effective mass and envelope function approximations. The electron tunneling between dots is studied by varying of inter-dot distance and we showed that the lateral quantum coupling between them allows the formation of molecular-like states, which exhibit similar characteristics to those of a molecule H2+. The effect of an in-plane electric field on the energy spectrum is analyzed and our results reveal that the wavelength of photons emitted from the system can be tuned by simply applying a low-intensity electric field. This latter feature is consistent with experimental observations.

En el marco de las aproximaciones de masa efectiva y de la función envolvente, se realiza un estudio teórico de los estados de un electrón atrapado en un sistema formado por dos puntos cuánticos acoplados lateralmente. Se estudia el tunelamiento electrónico mediante la variación de la distancia entre puntos y se muestra que el acople cuántico lateral que existe entre estos permite la formación de estados moleculares, los cuales exhiben características similares a los de una molécula H2+. Se analiza el efecto de un campo eléctrico orientado en el plano de la estructura sobre el espectro de energía y nuestros resultados revelan que la longitud de onda de los fotones emitidos por el sistema puede ser sintonizada mediante la aplicación de un campo eléctrico de baja intensidad. Esta característica última es consistente con observaciones experimentales.

Hardware emulation of quantum circuits based on Toffoli gates

Este trabajo presenta el diseño de una arquitectura hardware para emular circuitos cuánticos basados en compuertas tipo Toffoli con la cual se pueden emular circuitos de más de 50 qubits. El estado del sistema se obtiene procesando independientemente cada estado base mediante las funciones determinadas por las compuertas cuánticas para cada qubit; el tiempo requerido para la emulación crece exponencialmente en función del número de qubits que se usan solamente para generar una superposición de estados, y no en función de la cantidad total de qubits del sistema como ocurre cuando se usa la representación matricial convencional. Adicionalmente, se diseñó un arreglo de unidades de procesamiento para disminuir el tiempo de ejecución. Los resultados de síntesis permiten concluir que se requieren 9,35 segundos para emular la exponenciación modular de 8 bits, la cual utiliza 48 qubits, 155.312 compuertas cuánticas y requiere procesar 131.072 estados base. Estos resultados también permiten estimar que se pueden implementar 256 unidades de procesamiento de 52 qubits en el FPGA EP3C120F780I7.

This work presents the design of a hardware architecture for the emulation of quantum circuits based on Toffoli gates allowing the emulation of more than 50 qubits. The state of the system is obtained processing each basis state by means of the functions determined by the quantum gates for each qubit; the time required to execute the emulation grows exponentially only with the number of qubits that are used to generate a superposition of states, but not with the total amount of qubits of the system as occurs when the conventional matrix representation is used. Additionally, an array of processing units was designed to decrease the execution time. The synthesis results allow concluding that 9.35 seconds are required to emulate the 8-bit modular exponentiation, which uses 48 qubits, 155,312 quantum gates and requires processing 131,072 basis states. Furthermore these results allow estimating that 256 processing units of 52 qubits can be implemented in the FPGA EP3C120F780I7.

Noise detection in semi-supervised learning with the use of data streams

A menudo, es necesario construir conjuntos de entrenamiento. Si disponemos solamente de un número reducido de objetos etiquetados y de un conjunto numeroso de objetos no etiquetados, podemos construir el conjunto de entrenamiento simulando un flujo de datos no etiquetados de los cuales es necesario aprender para poder incorporarlos al conjunto de entrenamiento. Con el objetivo de prevenir que se deterioren los conjuntos de entrenamiento que se obtienen, en este trabajo se propone un esquema que tiene en cuenta el concept drift, ya que en muchas situaciones la distribución de las clases puede cambiar con el tiempo. Para clasificar los objetos no etiquetados hemos empleado un ensemble de clasificadores y proponemos una estrategia para detectar el ruido.

Often, it is necessary to construct training sets. If we have only a small number of tagged objects and a large group of unlabeled objects, we can build the training set simulating a data stream of unlabelled objects from which it is necessary to learn and to incorporate them to the training set later. In order to prevent deterioration of the training set obtained, in this work we propose a scheme that takes into account the concept drift, since in many situations the distribution of classes may change over time. To classify the unlabelled objects we have used an ensemble of classifiers and we propose a strategy to detect the noise after the classification process.

Software for design and implementation observers of Luenberguer lineal and high gain

En este artículo se presentan dos aplicaciones de software, uno para la simulación y diseño, y otro para la implementación de observadores de Luenberguer Lineal y Alta Ganancia. Se muestran las interfaces de cada uno de los programas y se realiza una descripción de las partes que las componen. Los observadores se diseñan para un sistema de tanques en cascada conectados entre sí por un canal. Se presenta el modelo matemático planteado para la representación del sistema y las modificaciones que se le hacen para asegurar el cumplimiento de las condiciones de diseño que plantea la teoría de los observadores a diseñar. Se hace además, una breve presentación de la teoría de los observadores a diseñar e implementar. Luego, se plantean los aspectos más relevantes para la codificación de los algoritmos utilizados en la simulación, el diseño y la implementación de los observadores. Las aplicaciones se diseñaron en las plataformas Matlab® y LabVIEW®, y los resultados de la implementación se reportaron en un archivo .lvm, el cual puede ser procesado en Matlab® o EXCEL®.

In this paper we present two software applications, one for simulation and design, and another for implementing Luenberguer Linear and High Gain observers. We show the interfaces and present a complete description of the software. The observers were designed for a system of tanks in cascade connected by a channel. We present the mathematic model proposed for this system and the changes that we made in it to ensure the compliance of theory design conditions observers. Further, we make a brief presentation over theory design of observers with us work and basic concepts for their implementation. The most relevant aspects for the programming algorithms used for simulation, design and implementation of observers are studied. The software used for platforms design was Matlab® and LabVIEW®, and report of results for implementation was made in a file, .lvm. This kind of file can process with Matlab® or Excel®.

Transition from a predictive multiple linear regression model to an explanatory simple nonlinear regression model with higher level of prediction: A systems dynamics approach

Uno de los supuestos principales del análisis de regresión lineal es la existencia de una relación de causalidad entre las variables analizadas, sin que el análisis de regresión lo permita demostrar. Esta investigación demuestra la causalidad entre las variables analizadas a través de la construcción y análisis de la retroalimentación entre las variables en estudio, plasmada en un diagrama causal y validado a través de simulación dinámica. Una de las principales contribuciones de ésta investigación, es la propuesta de utilizar un enfoque de dinámica de sistemas, para desarrollar un método de transición de un modelo de regresión lineal múltiple predictivo a un modelo de regresión no lineal simple explicativo, que incrementa el nivel de predicción del modelo. El error cuadrático medio (ECM) es utilizado como criterio de predicción. La validación se realizó con tres modelos de regresión lineal obtenidos experimentalmente en una empresa del sector textil, mostrando una alternativa para incrementar la fiabilidad en los modelos de predicción.

One of the main assumptions of the linear regression analysis is the existence of a causal relationship between the variables analyzed, which the regression analysis does not demonstrate. This paper demonstrates the causality between the variables analyzed through the construction and analysis of the feedback from the variables under study, expressed in a causal diagram and validated through dynamic simulation. The major contribution of this research is the proposal of the use of the system dynamics approach to develop a method of transition from a multiple regression predictive model to a simpler nonlinear regression explanatory model, which increases the level of prediction of the model. The mean square error (MSE) is taken as a criterion for prediction. The validation in the transition model was performed with three linear regression models obtained experimentally in a textile company, showing a method for increasing the reliability of prediction models.

Implementing Fast-Haar Wavelet transform on original Ikonos images to perform image fusion: qualitative assessment

This article presents the Fast Haar Wavelet Transform (FHWT) algorithm applied to satellite-images fusion. FHWT is applied to both a multispectral image and a panchromatic Ikonos image using the digital image processing toolbox and wavelet toolbox provided by MatLab®. The results of the fusion are analyzed and evaluated quantitatively. Regarding the quantitative results of the fusion, first the mathematical-statistical correlation algorithm is used to analyze the spectral and spatial gain of the merged images. Next, the kappa coefficient is analyzed on three samples taken from the merged images, which are binarized in order to identify their spatial accuracy. It is shown that FHWT outperforms other predefined wavelets (namely rbio6.8, bior6.8, db7, dmey and haar) when merging the images. Moreover, merged images maintain the same spectral output as the original image, and also exhibit significant spatial resolution gain.

Este artículo presenta la transformada rápida de Wavelet Haar (FHWT, de la sigla en inglés) algoritmo que se aplica a la fusión de imágenes satelitales. FHWT es aplicado en un par de imágenes, una imagen multiespectral y una imagen pancromática Ikonos, usando el toolbox de procesamiento digital de imágenes y el toolbox de wavelet suministrados por MatLab®. Los resultados de la fusión son analizados y evaluados cuantitativa. En lo que corresponde a los resultados cuantitativos de la fusión, se utilizan, en primer lugar, el algoritmo de correlación matemática estadística para analizar la ganancia espectral y espacial de las imágenes fusionadas. Posteriormente, tres sub- imágenes de las imágenes fusionadas son binarizadas con el fin de identificar su precisión espacial, y son evaluadas a través del coeficiente kappa. Los resultados demuestran que FHWT supera a las otras wavelets estudiadas (rbio6.8, bior6.8, db7, dmey y haar) al fusionar las imágenes. Por otra parte, las imágenes fusionadas con la FHWT mantienen la resolución espectral respecto a la imagen multiespectral original, mientras presentan una ganancia importante en la resolución espacial.

Interpreting the mexican standards for software process implementation and capacity assessment under a knowledge management approach

Este trabajo presenta la implicación de la Gestión de Conocimiento en la mejora de procesos al aplicar las normas mexicanas para la implantación de procesos de software (NMX-I-059-NYCE-2011) y evaluación de la capacidad de procesos (NMX-I-15504-NYCE-2010). Se caracterizan y analizan los tipos de conocimiento detectados en una empresa de desarrollo de software, los cuales permiten distinguir los dos primeros niveles de conocimiento involucrados en un proyecto de mejora de procesos basado en conocimiento.

This paper presents the involvement of Knowledge Management in Process Improvement when applying Mexican Standards for software process implementation (NMX-I-059-NYCE-2011) and process capability assessment (NMX-I-15504-NYCE-2010). We discuss and characterize the types of knowledge found in a software development company. From this characterization, we distinguish the first two levels of knowledge involved in a software process improvement project based on knowledge.

802.11g multilayer header compression for VoIP in remote rural contexts

En este artículo se presenta un esquema de compresión de encabezados multicapa para paquetes de VoIP en redes inalámbricas 802.11 que no requiere mantener sincronizados los contextos del compresor y descompresor. La reducción en el tamaño de los encabezados se logra a partir de la compresión de los campos estáticos de los encabezados RTP/UDP/IP y del uso de un direccionamiento virtual de 8 bits en la capa MAC. Si consideramos la longitud de los encabezados RTP/UDP/IP/MAC, este esquema permite obtener un 48% de eficiencia de compresión contra un 41% que ofrecen los esquemas CRTP y RoHC. Dado que el esquema propuesto no requiere mantener sincronizados los contextos, el descompresor siempre podrá regenerar los encabezados aún en condiciones de una alta tasa de pérdida de paquetes.

This article presents a Multilayer Header Compression scheme for VoIP packets in 802.11 wireless networks that does not require context synchronization of compressor and decompressor units. The reduction of the header size is accomplished through the static field compression of the RTP/ UDP/IP headers in conjunction with an 8 bit virtual addressing in the 802.11 MAC layer. Considering the RTP/UDP/IP/MAC header fields, this scheme allows 48% header compression efficiency compared with 41% provided by the CRTP and RoHC schemes. Given that our proposal does not require context synchronization, the decompressor will regenerate the headers even in high packet loss rate conditions.

Vehicular traffic monitoring in V2I systems using a wireless sensor network

En un futuro cercano la mayoría de los sistemas automotores confiarán fuertemente en el intercambio de información entre vehí culos o a la infraestructura, para mejorar las condiciones de manejo, incrementar la seguridad o simplemente intercambiar información entre los usuarios. Esta es la razón por la cual hoy en día la investigación y desarrollo de una Red Ad-Hoc Vehicular es muy importante. En este documento se presenta un diseño y análisis de una Red Ad-Hoc Vehicular (VANET) con la asistencia de una Red Inalámbrica de Sensores (WSN) activada por eventos para el monitoreo de tráfico en una autopista. La WSN mencionada está basada en el protocolo LEACH, sin embargo, una modificación clave es propuesta con el propósito de incrementar el tiempo de vida de la red para aplicaciones sobre VANETs. La idea básica es reducir al mínimo la superposición de áreas entre grupos vecinos y de esta manera disminuir la redundancia y contar con una mejor cobertura de supervisión en la autopista, con un menor costo de transmisión. Adicionalmente, se proponen dos métodos diferentes para el reporte de eventos. En el primero, la información del trá fico es transmitida exclusivamente entre los nodos en la WSN, mientras que el segundo método hace uso de los vehículos para retransmitir la información al concentrador. Los métodos propuestos son analizados en términos del consumo de energía y retardo promedio de reporte.

In the near future the majority of the automotive systems will strongly rely on the exchange of information among vehicles or infrastructure to improve the driving conditions, increment security or simply have access to internet and entertainment services. This is the reason why the research and development of Vehicular Ad-Hoc Networks is very important nowadays. In this paper, a design and analysis of a Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) assisted by an event driven Wireless Sensor Network (WSN) for traffic monitoring in a highway is presented. The aforementioned WSN is based on the well- known LEACH protocol. However, a key modification is proposed in order to increase the network lifetime for applications on VANETs. The basic idea is to minimize the overlapping areas among neighboring clusters in order to reduce redundancy and to have a better coverage of the supervised highway with a lower transmission cost. Additionally, two different methods for the event reporting are proposed. In the first one, the traffic information is transmitted exclusively among the WSN nodes, while the second method makes use of the vehicles in order to relay the information to the sink. The proposed methods are analyzed in terms of energy consumption and average report delay.

Hydrogeochemical assessment and modeling of Morrosquillo Coastal Aquifer (Sucre-Colombia)

The Morrosquillo coastal aquifer is the main water supply source for the coastal area of the department of Sucre, Colombia. Antioquia University and the Corporación Autónoma Regional de Sucre -CARSUCRE-, water resource manager in this region, carried out a chemical assessment of the groundwater of this reservoir with the objective of validating the flow conditions and defining the model of hydrogeochemical evolution, which was validated using NETPATH inverse modeling software.

El acuífero de Morrosquillo, es la principal Fuente de abastecimiento de agua para la población costera del departamento de Sucre-Colombia. La Universidad de Antioquia y la Corporación Autónoma Regional del Departamento de Sucre -CARSUCRE_ llevaron a cabo una evaluación hidreogeoquímica de las aguas subterráneas de este acuífero, con el propósito de validar las direcciones de flujo y entender mejor la hidrodinámica regional. Mediante la caracterización de facies y la modelación hidrogeoquímica con NETPATH , fue posible comprender las relaciones entre el acuífero y las rocas encajantes y la diferenciación en tiempos que se dan según movimiento del agua a través de zonas mas o menos permeables.

**Spatial variability of organic matter in soil dedicated to growing malting barley (Hordeum distichum L.)**

El contenido de materia orgánica (MO) en suelos es una de las propiedades de mayor interés debido a su papel en la estructura y a su reconocida influencia en la dinámica de solutos. Su caracterización es por tanto, un aspecto de gran interés. Los contenidos de MO en suelos dedicados al cultivo de cebada maltera (Hordeum distichum L.) son relativamente bajos, por lo que la incertidumbre y posibleserrores del método analítico pueden condicionar estudios de variabilidad espacial. En este trabajo se elaboró y validó un método de análisis de la MO de acuerdo con los criterios de la Norma ISO-17025 y se diseñó un control de calidad, incluyendo un estudio de la variabilidad que la metodología introduce en los resultados. Con la metodología desarrollada se ha llevado a cabo un muestreo previo y un muestreo final de 39 y 248 muestras representativas de una parcela dedicada al cultivo de cebada maltera del municipio de Apan, al sur del estado de Hidalgo, México, cuyo fin fue evaluar el número de muestras necesarias que han de tomarse para caracterizar este suelo y esta propiedad (MO). El trabajo se completó con un estudio geoestadístico de los valores de MO, con lo que pueden extraerse conclusiones para planes de muestreo futuros, desarrollo de modelos de simulación a escala de campo y aplicación práctica de problemas de fertilización.

The organic matter (OM) contained in soils is one of the properties of major interest due to his paper in the structure and to his recognized influence in the dynamics of solutos. Characterization is therefore an aspect of great interest. The OM in soils cropped malting barley (Hordeum distichum L.) are relatively low, so that the uncertainty and possible errors of the analytical method may determine spatial variability studies. In this paper we developed and validated a method for analysis of OM according to the criteria of ISO-17025 and designed a quality control, including a study of the variability that the methodology introduced in the results. With the developed methodology has conducted preliminary sampling and sampling end of 39 and 248 representative samples from a plot planted to malting barley Apan Township, south of the state of Hidalgo, Mexico, whose aim was to evaluate the number of samples needed to be taken to characterize this soil and this property (OM). The work was completed with a geostatistical study of the values of OM, which conclusions can be drawn for future sampling plans, development of simulation models and field-scale practical application of fertilization problems.

Evaluation of the air quality by using a mobile laboratory: Puente Aranda (Bogotá D.C., Colombia)

La localidad de Puente Aranda en la ciudad de Bogotá ha sido reportada como una zona de alta contaminación atmosférica, principalmente debido a que las concentraciones de PM10 exceden los límites legislativos. Este artículo presenta una evaluación temporal y espacial de la calidad del aire en la zona industrial de la localidad de Puente Aranda mediante un laboratorio móvil de monitoreo. Los contaminantes atmosféricos medidos por el laboratorio durante el periodo de muestreo (2009/04/13-2009/12/21) fueron los siguientes: PM10, NOx, NO2, NO, SO2, CO y O3. Con respecto a la legislación colombiana, los resultados muestran que PM10 (24 horas) es el contaminante atmosférico que presenta el mayor número de excedencias durante el período de investigación (47,3%), no obstante, la evaluación de los estados excepcionales por contaminación del aire muestra que las má ximas concentraciones registradas no generan un nivel de prevención; lo anterior, en contraposición con los resultados obtenidos mediante la utilización del índice de calidad del aire propuesto por la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. Por otro lado. los resultados sugieren una tendencia similar en el comportamiento temporal de PM10, O3 y NOx sobre la totalidad del á rea de investigación; es decir, probablemente por la existencia de fuentes dominantes en la zona industrial de la localidad. Finalmente, las concentraciones registradas ( PM10, NO2,NOx, NO y CO) por el laboratorio móvil (zona central) son en promedio 2,30 y 2,01 veces superiores a las registradas por las estaciones móvil SDA (zona oriental) y fija SDA (zona occidental), respectivamente.

The locality of Puente Aranda in Bogotá has been reported as a zone of high air pollution, mainly because the PM10 concentrations exceed the legal limits. This paper presents a temporal and spatial assessment of air quality in the industrial zone of Puente Aranda locality by using a mobile laboratory of monitoring. Air pollutants measured by the laboratory during the sampling period (2009/04/13-2009/12/21) were the following: PM10, NOx, NO2, NO, SO2, CO and O3. With regard to the Colombian law, the results show that PM10 (24 hours) is the air pollutant with the highest number of exceedances during the investigation period (47.3%), however, the evaluation of the exceptional state by air pollution shows that the highest concentrations reported not generate a level of prevention; above, in contrast with the results obtained by use of the air quality index proposed by the U.S. Environmental Protection Agency. On the other hand, the findings suggest a similar trend in the temporal behavior of PM10, O3 and NOx over the whole of the research area; that is, probably by the existence of dominant sources in the industrial area of the locality. Finally, the concentrations recorded ( PM10, NO2, NOx, NO and CO) by the mobile laboratory (central area) are on average 2.30 and 2.01 times higher than those recorded by stations mobile SDA (eastern area) and fixed SDA (western area), respectively.

The production of construction and demolition waste material and the use of recycled aggregates in Havana, Cuba

This paper deals with the analysis of the generation of Construction and Demolition Waste (CDW) in Havana, Cuba, for the period 1999 to 2010 and its possible use in the manufacturing of recycled aggregates in mortar and concrete production. In order to define the possible applications of the CDW as aggregates in mortar and concrete production the characteristics of the waste as well as studying the existing technologies available in the province for their treatment were analysed. Based on the experimental results, it was determined that the recycled fine aggregates of a mixed composition achieved the minimum requirements defined by Cuban regulations. All the mortars produced with recycled fine aggregates achieved a compressive strength of 5.2 MPa after 28 days which is the minimum requirement for a Type III mortar, consequently they could be used in the manufacturing of masonry mortar. The recycled coarse aggregate originating from pre-cast floor elements could possibly be used in the production of structural concrete for medium and low aggressive environments when concretes were made with 50% and 100% of recycled coarse aggregates in substitution of the natural aggregates. respectively.

En este trabajo se realiza un análisis de la generación de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) para el período de 1999 a 2010 en La Habana, Cuba y se define su posible uso en la fabricación de áridos reciclados para la producción de mortero y hormigón. Para la definición de las posibles aplicaciones de los RCD como agregados en la producción de mortero y hormigón, se analizaron las características de los residuos, así como el estudio de las tecnologías disponibles actualmente en la provincia para su tratamiento. Basado en los resultados experimentales, se determinó que los áridos finos reciclados de composición mixta cumplían con los mínimos requisitos exigido por las normas cubanas. Todos los morteros producidos con áridos reciclados finos obtuvieron una resistencia a compresión de 5.2 MPa a los 28 días, que es el mínimo establecido para morteros tipo III, por lo que pueden ser utilizados en la producción de morteros de albañilería. El árido grueso reciclado originado de elementos de hormigón prefabricado puede ser utilizado en la producción de hormigón estructural para ambientes de baja y media agresividad, con sustituciones de 50% y 100%, respectivamente, de árido natural por reciclado.

Modelling of breakthrough curve in water adsorption on silica gel and zeolite 4A

Este artículo presenta el desarrollo de un modelo computacional para simular la adsorción de agua en un lecho empacado, comparando el desempeño de una zeolita 4A y una sílica gel tipo 'A'. Se usó una variación de la isoterma de Langmuir para la zeolita 4A y la isoterma de Tóth para la sílica gel; se utilizó el modelo de fuerza motriz lineal (LDF) para la velocidad de adsorción, con un coeficiente total dependiente de la temperatura. El modelo está constituido por cinco ecuaciones diferenciales parciales asociadas con las variables: fracción molar de agua, temperatura, presión, velocidad superficial y carga adsorbida de agua. Para resolver el sistema se empleó el método de líneas (MOL) con el integrador ODE15S de Matlab®. Se evaluaron como variables de respuesta el intervalo de tiempo característico de la curva de ruptura, la asimetría, la temperatura máxima y la caída de presión, mediante un esquema factorial de dos niveles. El tipo de adsorbente es la variable que más influencia tiene en las variables de respuesta. A la zeolita corresponde la mayor velocidad de adsorción, comportamiento que puede explicarse si se observa la forma de su isoterma de adsorción, aunque presenta una menor capacidad de retención de agua y mayor resistencia a la transferencia de masa.

This paper presents the development of a computational model to simulate the adsorption of water in a fixed bed, comparing the performance of zeolite 4A and silica gel type 'A'. A variation of the Langmuir isotherm for zeolite 4A and Tóth isotherm for the silica gel were used; Linear Driving Force (LDF) model was used for adsorption rate with an overall coefficient temperature dependent. The model is composed of five partial differentlal equatlons assoclated with mole fraction of water, temperature, pressure, superficial velocity and water loading. Method of lines (MOL) was used with the function ODE15S of Matlab® to solve the system. As response variables the characteristic time interval of the breakthrough curve, asymmetry, maximum temperature and pressure drop, through a two-level factorial scheme were evaluated. Adsorbent was the most influential variable on the response variables. Zeolite has the highest rate of adsorption due to the shape of the adsorption isotherm, but has a lower water retention loading and increased resistance to mass transfer.

Steam oxidation at 700 °C and 750 °C of the stainless steel AISI 317 aluminum coated by CVD-FBR

Se realizó la oxidación del acero inoxidable austenítico AISI 317 recubierto con aluminio por deposición química de vapor en lecho fluidizado, a temperaturas de 700 °C y 750°C, en un ambiente con 100% vapor de agua, para evaluar su comportamiento. Se realizaron curvas de ganancia de masa y las películas de óxidos se analizaron por medio de SEM y difracción de rayos X, para observar la morfología de los óxidos. Se realizó la simulación termodinámica del proceso de oxidación en vapor de agua de los substratos para conocer las posibles fases sólidas y gaseosas que se podrían formar, en presencia de una ambiente con 100% vapor de agua y una atmosfera de presión. La forma de ataque a 750 °C es similar a 700 °C, aunque la velocidad de oxidación es mayor, ya que la difusión de los elementos de aleación y las reacciones de oxidación son más rápidas. Los recubrimientos de aluminio tienen una buena resistencia a la oxidación en vapor de agua, ya que forman una capa superficial de Al2O3, que es compacta y adherente, la cual protege al substrato del ataque corrosivo.

Oxidation was made of austenitic stainless steel AISI 317 aluminum coated by chemical vapor deposition in a fluidized bed at temperatures of 700 °C and 750 °C, in an environment with 100% steam, to evaluate their corrosion performance. Gain mass curves were ground and oxide films were analyzed by SEM and X-ray diffraction to observe the morphology of the oxides. Thermodynamic simulation was carried out during steam oxidation of the substrates for possible solid and gaseous phases which could be formed in the presence of an environment with 100% water vapor and atmosphere pressure. The form of attack at 750 °C is similar to 700 °C, although the rate of oxidation is increased, because the diffusion of the alloying elements and the oxidation reactions are faster. Aluminum coatings have good resistance to steam oxidation and forming a surface layer of Al2O3, that is dense and adherent, which protects the substrate from corrosion attack.

Dynamic characterization of pressure sensors using the principle of mariotte's bottle

Se presenta una metodología para evaluar las características dinámicas de los sensores de presión implementados en canales o modelos hidráulicos, la cual se basa en el análisis de las señales de entrada rampa y escalón en el dominio del tiempo, que permiten definir el rango útil en frecuencia y en amplitud de los sensores. Las señales son obtenidas a partir de la apertura y el cierre de válvulas presentes en un generador de presión aperiódico, diseñado bajo el principio de la botella de Mariotte.

A methodology to evalúate the dynamic characteristics of pressure sensors used in channels or hydraulic models is presented. This is based on the analysis of the ramp and step signals in the time domain for defining the useful range in amplitude and frequency of the sensors. The signals are obtained from the opening and closing of valves present in an aperiodic pressure generator designed with the principle of the Mariotte's bottle.

Hydrostatic pressure and magnetic field effects on the energy structure of D^- ion confined in a toroidal quantum ring

The energy structure of a D- ion, that is two electrons bound to a fixed donor impurity, imprisoned in a toroidal quantum ring is calculated as the full system is simultaneously under the presence of hydrostatic pressure probe and threading magnetic field. With the purpose of studying the D- energy properties; we have assumed very narrow quantum rings which allow us to use the well-known adiabatic approximation in order to decouple the fast motion in radial and axial direction from the slow rotational motion. The changes of the energy level-ordering and the crossover among the curves as a function of center line radius, donor position, and magnetic field are calculated for different values of the hydrostatic pressure. Finally, we contrast the results with those previously reported for limit cases. From these comparisons it is possible to establish an excellent agreement among the different results which allow us to show the quality of the model implemented in the present work.

Se calcula la estructura de energía de un ión D-, es decir dos electrones ligados a una impureza donadora fija, encarcelada en un anillo cuántico toroidal cuando el sistema completo está simultáneamente bajo la presencia de un campo de presión hidrostática y de un campo magnético. Con el propósito de estudiar las propiedades del ión D-, nosotros asumimos que los anillos cuánticos son muy estrechos, lo cual nos permitirá usar la bien conocida aproximación adiabática para desacoplar el movimiento rápido en direcciones radial y axial del movimiento lento de rotación. Se estudian los cambios en el ordenamiento de los niveles y el cruce entre las curvas como una función de la línea central del anillo, posición de la donadora, y del campo magnético para diferentes valores de presión hidrostática. Finalmente, nosotros comparamos los resultados con aquellos previamente reportados para casos límites. A partir de estas comparaciones es posible establecer un excelente acuerdo entre los diferentes resultados, lo cual demuestra la calidad del modelo implementado en este trabajo.

Influence of the boundary conditions on FE- modeling of longitudinally stiffened I-girders subjected to concentrated loads

Longitudinally stiffened I-girders are commonly used to build incrementally launched steel bridges. During the bridge launching, the girders are subjected to concentrated loading at the support points. These loads are generally larger than those the structure would sustain once located in its final operating position. Numerical studies have considered girder segments subjected to concentrated loading where the boundaries are simulated by kinematic constraints. It represents rigid body conditions where elements at the supported end are allowed only to rotate about an axis perpendicular to the girder web. The load is applied on the girder flange along a small length compared to the total width of the evaluated segment. This paper is aimed at investigating the validity of this hypothesis for longer lengths of the applied load. Herein, the ultimate load of a stiffened girder is determined through finite element modeling, considering the boundaries conditions in two different ways: (1) considering kinematic constraints; and (2) simulating a transverse stiffener. In addition, the used model considers the plastic behavior of the material, the existence of imperfections in the web of the girder and the effects of large deformations. The results show that for short length loadings both hypotheses yield similar results. However, as the loading length increases, significant differences in the results are observed.

En la actualidad se utilizan vigas rigidizadas longitudinalmente en el lanzamiento de puentes mediante el método de voladizos sucesivos. Durante el lanzamiento las vigas son sometidas a cargas concentradas en los puntos de apoyo. Estas cargas son generalmente mayores a aquellas que soportaría la estructura una vez ubicada en su posición final de funcionamiento. En estudios numéricos se han analizado segmentos de vigas sometidos a cargas concentradas cuyos extremos son modelados considerando restricciones cinemáticas que simulan condiciones de cuerpo rígido. Los elementos en los bordes de la estructura son restringidos cinemáticamente permitiendo sólo la rotación con respecto a un eje perpendicular al alma de la viga. La carga se aplica sobre el ala de la viga a lo largo de una pequeña longitud en comparación con el ancho total del segmento bajo estudio. El objetivo de este trabajo es verificar la validez de dicha hipótesis para grandes longitudes de carga aplicada. La carga última de la viga rigidizada se determina mediante un análisis por elementos finitos modelando los extremos de la viga de dos maneras: (1) considerando restricciones cinemáticas, y (2) simulando un rigidizador transversal. El modelo también considera el comportamiento plástico del material, la existencia de imperfecciones en el alma de la viga y los efectos de grandes deformaciones. Los resultados muestran que para cargas aplicadas sobre longitudes cortas ambas hipótesis arrojan resultados similares, sin embargo al aumentar la longitud de carga ambos resultados divergen.

Engineering iron oxide nanoparticles for biomedicine and bioengineering applications

In the present study the one-step coprecipitation method is used to obtain magnetic nanoparticles at controlled pH of 10 and 12, and surfactant concentration of1% and 3%(m/m). The surfactant is sodium polyacrylate(PS), biocompatible and biodegradable, necessary attributes for biological applications. The magnetic nanoparticles have a magnetite core, and a shell of maghemite surrounded by a shell of polymer. The maghemite layer is smaller for large surfactant concentration(3%) and pH 10. The TEM images confirm the particle size distribution in the average range of 5-10 nm. Mossbauer results at 80 K showed line shapes dominated by magnetic relaxation effects with sextets and combinations of sextets and doublets for pH 12. The doublet features dominated the samples obtained at pH 10. The interactions of the surfactant with the nanoparticle surface, mainly with the Fe3+, is strong showing at least two surfactant layers, one layer directly over the nanoparticle surface and another layer resting over the inner layer. FTIR confirmed the attachment of the surfactant to the magnetic nanoparticle surface. The nanoparticles showed superparamagnetic behavior at room temperature and ferromagnetic properties at 5 K. The saturation magnetization presented lower values than reported bulk systems due to the presence of a large layer of maghemite. The very close partióle size for all samples gave indication that the partióle growth was dominated by the surface properties of the nanoparticles and that the pH and surfactant concentration did not affect importantly the growth process.

Se usó el método de coprecipitación en un solo paso controlando el pH a 10 y 12 y en concentraciones de poliacrilato(PS) de 1% y 3%(m/m). El surfactante es biocompatible y biodegradable, atributos necesarios para su uso en aplicaciones biológicas. Las nanopartículas magnéticas están formadas por una coraza interna de magnetita, una capa de maghemita y una capa externa del polímero. La capa de maghemita es pequeña para la concentración de 3% y pH 10. Las imágenes de TEM confirman la distribución de tamaños de partícula en el rango promedio de 5-10 nm. Los resultados Mossbauer a 80 K mostraron formas de línea dominadas por efectos de relajación magnética en forma de sextetos y combinanciones de sextetos y dobletes; estos dominaron a pH 10. Las interacciones del polímero con la superficie de las nanopartículas. principalmente con el Fe3+, es fuerte mostrando al menos dos capas del polímero sobre ellas. Las medidas magnéticas muestran un comportamiento superparamagnético a temperatura ambiente y ferrimagnético a 5 k. La magnetización de saturación presentó valores menores que las repotadas para volúmenes grandes debido a la caapa de maghemita presente. El tamaño de partícula obtenido para todas las muestras es muy cercano entre si indicando que el crecimiento de las partículas fue dominado por las propiedades de la superficie de estas y en menor grado por las condiciones de concentración y pH usadas.