Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

GMM-BI: A methodological guide to improve organizacional maturity in Business Intelligence

Maturity models in Business Intelligence (BI) put forth a baseline for measuring the value of initiatives in this area, helping organizations to understand where they are and what improvements are needed. In this context, the main problem for organizations that are aware of their current level of BI maturity and want to implement improvements is to know how to make them. Currently, there are no studies guiding organizations to make BI maturity improvements. This paper presents a framework called GMM-BI to measure, analyze, plan, and implement BI maturity improvements in an organization for a given key process area (KPA). In general, the framework is instanced in KPA knowledge for which three procedures are defined so that organizations can perform the activities defined for a given KPA. In addition, the proposed guide considers a methodological path to implement improvements in the current maturity state of the KPA involved. This methodological path describes the different phases, activities, and tasks to be performed by an organization to implement these improvements. The result of applying this methodological guide is a qualitative description of the current BI maturity level of the organization and a quantitative characterization of the maturity improvement of the processes making up the KPA involved. In addition, this methodological guide is applied in three case studies.

Los modelos de madurez en Inteligencia de Negocios (BI: Business Intelligence) enuncian una línea base para medir el valor de las iniciativas en ese ámbito, ayudando a las organizaciones a entender dónde están y qué deben mejorar. En este contexto, se presenta la problemática para las organizaciones que desean implementar mejoras, pero desconocen cómo realizarlas. Actualmente, en el estado del arte existe una carencia de estudios relacionados para guiar a las organizaciones a implementar mejoras en su madurez en BI. El presente artículo presenta un marco de trabajo que permite medir, analizar, planificar e implementar mejoras en la madurez en BI en una organización para un área de proceso clave KPA (Key Process Area) en particular. Sin pérdida de generalidad, el marco de trabajo se ilustra en la KPA conocimiento, para la cual se definen tres procedimientos para que las organizaciones puedan realizar las actividades definidas para dicha KPA. También la guía considera una ruta metodológica para implementar mejoras en el estado de madurez actual que presenta la KPA en cuestión. Esta ruta metodológica describe las distintas fases, actividades y tareas que debe realizar una organización para implementar dichas mejoras. El resultado de la aplicación de la guía metodológica es una descripción cualitativa del nivel actual de madurez en BI que presenta la organización, y una caracterización cuantitativa de la mejora en el grado de madurez de los procesos que conforman la KPA bajo consideración. Además, la guía metodológica se aplica en tres casos de estudios.

Fuzzy logic controller to cooperative mobile robotics Implemented in leader-follower formation Approach

This paper presents the design of a fuzzy logic cooperative control by implementing the leader-follower approach that allows establishing and maintaining a specific geometric formation to a mobile robot group while they are moving along a predefined trajectory. As a result of the research, it was proved by simulation, a cooperative control system that permits a set of robots to keep a specific formation while the group performs a predetermined mission. This control system helps avoid obstacles by modifying the formation or by changing the leader inside the group.

Este artículo presenta el diseño de un controlador de lógica difusa implementando el método líder-seguidor para un sistema de robótica cooperativa móvil, que permita a un grupo de robots establecer y mantener una formación geométrica especifica mientras se desplazan siguiendo una trayectoria de referencia. Como resultado de la investigación, se probó mediante simulación un sistema de control cooperativo, que permite a un grupo de robots mantener una formación específica mientras desarrollan una misión determinada. Este controlador permite evadir obstáculos cambiando la formación o cambiando el líder del grupo en cualquier momento.

Acoustic and mechanic characterization of materials used in manufacturing the soundboard of the spanish guitar: influence in the sonority

This paper presents a study relating the most commonly used materials in manufacturing the top plate of the Spanish guitar and some sound characteristics such as timbre, volume, and duration. Theoretically, the wood influences the quality of the sound and the vibrations of the membranes. Based upon these facts, an acoustic and vibrational study was carried out in order to establish the relationship between the physical properties of the wood and the resulting sound quality. To do this, digital signal processing techniques were implemented. It was found that volume and sound duration were higher in guitars with German spruce soundboard, whereas guitars with Canadian cedar soundboard presented more homogeneous sounds.

En el presente trabajo se muestra un estudio realizado con los materiales más utilizados en la construcción de la tapa armónica de la guitarra y su relación con algunas características del sonido tales como timbre, volumen y duración. Para ello se utiliza como soporte teórico la física del sonido y de las vibraciones en membranas, y el procesamiento digital de señales. Con esta base se desarrolla un análisis acústico y vibracional. Finalmente, se encuentran algunas relaciones entre las propiedades físicas de los materiales, las vibraciones y las características del sonido antes mencionadas.

Measurement of the extremely low frequency magnetic field in the laptop neighborhood

The paper considers the level of the extremely low frequency magnetic field produced by the portable computers. Accordingly, the magnetic field characterized with the low frequencies up to 300 Hz has been measured. The experiment consists of testing 10 different portable computers in normal operating condition and under heavy load. The measurement of the magnetic field is performed in the laptop neighborhood. The measured data are presented and discussed. They are compared with the magnetic field safe limit values suggested by MPR II, TCO, ICNIRP, the SMEMSP (Serbian Ministry of Environment, Mining and Spatial Planning), and those given in the literature. It is shown that some of the portable computers radiate a very strong magnetic field. Hence, they should be used with caution.

El artículo considera el nivel del campo magnético de frecuencias extremadamente bajas producido por computadores portátiles. Por consiguiente, se ha medido el campo magnético caracterizado por bajas frecuencias de hasta 300 Hz. Los experimentos consisten en la evaluación de 10 computadores portátiles diferentes, bajo condiciones de funcionamiento normal y bajo carga pesada. Las mediciones del campo magnético son realizadas en la vecindad del computador. Las mediciones obtenidas son presentadas y discutidas. Éstas son comparadas con los límites seguros de campos magnéticos sugeridos por MPR II, TCO, ICNIRP, el SMEMSP (Ministerio Serbio de Ambiente, Minería y Planeación Territorial), y aquellos encontrados en la literatura. Se muestra que algunos computadores portátiles irradian un campo magnético muy fuerte. Por lo tanto, éstos deberían ser usados con precaución.

Daily river level forecast based on the development of an artificial neural network: case study in La Virginia -Risaralda

The municipality of La Virginia (Risaralda, Colombia) is constantly affected by floods that originate from increased water levels in the Cauca River. Disaster relief agencies do not currently have adequate monitoring systems to identify potential overflow events in time-series observations to prevent flood damage to homes or injury to the general population. In this paper, various simulation models are proposed for the prediction of flooding that contributes as a technical tool to the development and implementation of early warning systems to improve the responsiveness of disaster relief agencies. The models, which are based on artificial neural networks, take hydroclimatological information from different stations along the Cauca River Basin, and the trend indicates the average daily level of the river within the next 48 hours. This methodology can be easily applied to other urban areas exposed to flood risks in developing countries.

El municipio de La Virginia (Risaralda, Colombia) está constantemente afectado por inundaciones que se originan debido al aumento de los niveles de agua en el río Cauca. Los organismos de socorro y atención de desastres actualmente no tienen sistemas adecuados de vigilancia para identificar eventos potenciales de desbordamiento en el tiempo, y así evitar daños por inundaciones a las viviendas o daños a la población en general. En este trabajo, se proponen diversos modelos de simulación para la predicción de inundaciones que contribuye como una herramienta técnica para el desarrollo e implementación de sistemas de alerta temprana para mejorar la capacidad de respuesta de los organismos de socorro. Los modelos, están basados en redes neuronales artificiales y toman la información hidroclimatológica de diferentes estaciones existentes a lo largo de la cuenca del río Cauca, donde la tendencia indica el nivel medio diario del río durante las siguientes 48 horas. Esta metodología se puede aplicar fácilmente a otras zonas urbanas expuestas a los riesgos de inundación en países en desarrollo.

Influence of precipitation scavenging on the PM_2.5/PM₁₀ratio at the Kennedy locality of Bogotá, Colombia

Objective: To establish whether the scavenging effect reduces the PM2.5/PM10 ratio in rainy periods in comparison with dry periods, at the Kennedy locality of Bogotá, Colombia. Materials and methods: Relationships among hourly and daily PM10, PM2.5, PM2.5/PM10 ratio, temperature, relative humidity and precipitation records from the Kennedy air quality station from January 2007 to September 2011 were analyzed. Results: The hourly mean PM2.5/PM10 ratio was 0.36 (SD= ± 0.12), with an hourly maximum of 0.96. In rainy hours, the PM2.5/PM10 ratio was 0.41 (SD= ± 0.13) and was reduced to 0.36 (DE= ± 0.12) in dry hours. On the other hand, the daily mean PM2.5/PM10 ratio was 0.36 (SD= ± 0.09) with a daily maximum of 0.79. The daily mean on rainy days was higher (0.39; SD= ± 0.09) than that recorded on dry days (0.34; SD= ±0.08). All these differences were statistically significant. Conclusions: Precipitation reduces PM2.5 concentrations at a lower extent than it reduces PM10 concentrations. The analysis was not conclusive about the effect of precipitation on PM2.5 concentrations, so it is not possible to assert that precipitation reduces the risk associated with the exposure to airborne particulate matter. To deepen our knowledge about the effect of precipitation on particulate matter pollution, it is recommended to apply additional techniques such as particle counting and particulate matter chemical characterization.

Objetivo: Establecer si el efecto barrido disminuye el valor de la relación PM2.5/PM10 en horas o días lluviosos, en comparación con periodos secos, en la localidad de Kennedy de Bogotá, Colombia. Material y métodos: Se analizaron relaciones entre los registros horarios y diarios de PM10, PM2.5, relación PM2.5/PM10, temperatura, humedad relativa y precipitación, de la estación del sistema de vigilancia de calidad del aire de la localidad de Kennedy en Bogotá durante el periodo de enero de 2007 a septiembre de 2011. Resultados: La media horaria de la relación PM2.5/PM10 fue de 0.36 (DE= ± 0.12), con un máximo horario de 0.96. En horas lluviosas, la relación PM2.5/PM10 fue de 0.41 (DE= ± 0.13), disminuyendo a 0.36 (DE= ± 0.12) en horas secas. Por otra parte, la media diaria de la relación fue de 0.36 (DE= ± 0.09), con una media máxima diaria de 0,79. La media diaria en días lluviosos fue mayor (0.39; DE= ± 0.09), que la encontrada en días secos (0.34; DE= ± 0.08). Todas las diferencias de medianas fueron estadísticamente significativas. Conclusiones: La precipitación disminuye las concentraciones de PM10, y en menor proporción las de PM2.5, lo cual tiene como resultado un leve aumento de la relación PM2.5/PM10 con la precipitación. El análisis no es concluyente en cuanto a la reducción de PM2.5, por lo cual no es posible afirmar que la precipitación reduce el riesgo a la salud asociado a la exposición a material particulado en el aire ambiente. Con el fin de profundizar sobre el conocimiento del efecto de la precipitación sobre la contaminación por material particulado, se recomienda hacer mediciones con técnicas complementarias, como el conteo y el análisis químico de las partículas.

**Productivity and energy efficiency of three tillage systems for maize (Zea mayz L.) production**

The amount of inputs and dry matter yields of grain, stover and weeds were quantified in six sites located in the districts of Zaachila and Etla, in the Central Valleys of Oaxaca Region, México. The tillage systems evaluated, which are the most widely used for corn production in this region, were full animal traction (FAT), mixed traction (MXT) and mechanical traction (MT). The higher productivity was achieved in the MT system, followed by the MxT system. According to the energy balance, the largest energy efficiency (EE) was achieved in the FAT system with a value of 34.4 and the least one with the MT system. The lowest EE of the MT system was associated to a higher use of machinery operations and the use of petrol derivate products. No significant differences in EE were found between the FAT and MxT systems; when the weed's dry matter production was considered, EE in this last system was increased 14%, while in the FAT system an 8% increase was observed. Therefore, besides the FAT system, MxT is also recommended because it is common to have plots smaller than 1 ha in the region and mechanical plowing is more efficient for primary tillage operations, while animal power can be used as a renewable source of energy for tasks such as weeding and transport.

La cantidad de insumos utilizados para la producción de maíz (Zea mays L.) fueron cuantificados, así como el rendimiento de grano, forraje y malezas en seis parcelas comerciales ubicadas en los distritos de Zaachila y Etla, pertenecientes a los Valles Centrales de Oaxaca, México. Los sistemas de labranza evaluados fueron: labranza con tracción animal (LTA), labranza mixta (LMx) y labranza mecanizada (LM), los más empleados para la producción de maíz en esta región. La mayor productividad en cuanto a rendimientos de biomasa la obtuvo el sistema LM, seguido por LMx. De acuerdo con el balance energético, la mayor eficiencia energética (EE) se alcanzó en el sistema LTA con un valor de 34.4 y la menor con el sistema LM. La menor eficiencia de éste último se asoció con un mayor uso de operaciones con maquinaria, así como de insumos derivados del petróleo. No existieron diferencias significativas en EE entre LTA y LMx, cuando se consideró a las malezas, en este último sistema se produjo un incremento en la EE del 14%, contra un 8% observado en LTA. Por lo tanto también se recomienda utilizar LMx, ya que en la región predominan parcelas menores de 1 ha y con éste se obtuvieron niveles de rendimientos por jornada mayores durante la labranza primaria y se utiliza la tracción animal como fuente renovable de energía para laboreo secundario y transporte.

Imputation of spatial air quality data using gis-spline and the index of agreement in sparse urban monitoring networks

This paper presents a procedure to address the lack of spatial air quality data in urban areas, based on the use of Geographic Information Systems (GIS) and spatial interpolation techniques as an alternative to conventional methods of statistical imputation. Two spatial interpolation algorithms are compared: IDW and spline. The procedure considers the spatial interpolation process, the cross validation with the index of agreement (IOA), and the analysis of the effect of sampling density and the coefficient of variation (CVOi), using different error statistics. The interpolation maps are complemented with gradient and directional gradient maps that may serve as complementary aides in the definition of critical sampling points. The procedure is applied to data imputation of three pollutants NO2, PM10 (particulate matter of diameter 10 microns) and TSP (total suspended solids) from observed data samples in the city of Medellín (Colombia).

Este trabajo presenta un procedimiento para abordar la falta de datos espaciales de calidad del aire en zonas urbanas, con base en el uso de Sistemas de Información Geográfica (SIG) y las técnicas de interpolación espacial como una alternativa a los métodos convencionales de imputación estadística. Se comparan dos algoritmos de interpolación espacial: IDW y spline. El procedimiento considera el proceso de interpolación espacial, la validación cruzada con el índice de (IOA), y el análisis de la densidad de muestreo y del coeficiente de variación utilizando diferentes estadísticos de error. Los mapas de interpolación se complementan con los mapas de gradiente y de gradiente direccional que pueden servir como complementos en la definición de puntos de muestreo críticos. El procedimiento se aplica a la imputación de datos de tres contaminantes: NO2, PM10 (partículas de 10 micras de diámetro) y SST (sólidos suspendidos totales) a partir de muestras de datos observados en la ciudad de Medellín (Colombia).

Cation and anion monitoring in a wastewater treatment pilot project

The purpose of wastewater treatment is water reuse. It reduces potable water consumption while preventing fresh water contamination. Water reuse schemes have already been successfully established in different locations. Treatments using constructed wetlands are widely studied as a more economical and environmentally-friendly alternative for treating wastewater. In these systems, the control of inorganic species is also important. This study monitored cations (Na+, K+, Li+ and NH4+) and anions (SO4(2-), NO3-, NO2-, Cl- and PO4(3-)) in a constructed wetlands (CWs) system, a rainwater catchment system, sewage treatment system, and in final reuse water. The monitoring was accomplished using ion chromatographic analysis. The removal values found in the CWs were: 99.9% K+, NH4+ and SO4(2-), 52.6% Na+, 89.8% NO3-, 98.2% NO2-, 63.6% Cl- and 96.8% PO4(3-). The results also showed that CWs system is suitable for removing ions from the wastewater.

El propósito del tratamiento de aguas residuales es la reutilización del agua. Esta reduce el consumo de agua potable y previene la contaminación del agua de primer uso. La reutilización del agua ya se ha implementado con éxito en diferentes lugares. Los tratamientos que utilizan los humedales artificiales son ampliamente estudiados como una alternativa más económica y ecológica para tratar las aguas residuales. En estos sistemas, el control de especies inorgánicas también es importante. Este estudio ha monitoreado cationes (Na+, K+, Li+ y NH4+) y aniones (SO4(2-), NO3-, NO2-, Cl- y PO4(2-)) en un sistema de humedales construido (CWs), en un sistema de captación de agua de lluvia, en el tratamiento de aguas residuales y en agua reutilizable final. El monitoreo se llevó a cabo utilizando el análisis cromatográfico de iones. Los valores de remoción encontrados en CWs fueron: 99,9% K+, NH4+ y SO4(2-), 52,6% Na+, 89,8% NO3-, 98,2% NO2-, 63,6% Cl- y 96,8% PO4(2-). Los resultados también mostraron que el sistema CWs está adecuado para la eliminación de iones del agua residual.

Sinú River raw water treatment by natural coagulants

Five natural coagulants extracts in saline were evaluated: stems Hylocereus cf. trigonus (Cactus), exudate gum Albizia saman (Campano), bark Guazuma ulmifolia (Guácimo) and bark and seed of Moringa oleífera (Moringa) in raw water samples taken from the Sinú river with initial turbidity levels between 56 and 300 nephelometric turbidity units (NTU). With Jar tests, the turbidity removal efficiencies as a function of percent activity coagulant dosages applied between 5 mg/L to 200 mg/L was determined. Although the Total Organic Carbon (TOC) is an important parameter of the water quality, it was not included in this study because it has been found that the Sinú river turbidity is from sedimentary origin and its stream has a low organic load. The optimal extract dosage was found to be between 10 mg/L and 40 mg/L obtaining removal efficiencies from 40% (turbidity lower than 100 NTU) to 90% (initial turbidity higher than 150 NTU) for extracts of stems H. cf. trigonus, exudate gum A. saman, bark G. ulmifolia and bark M. oleífera. The M. oleífera seed extract had the greatest turbidity removal efficiency even when using an initial turbidity higher than 150 NTU, achieving a coagulant activity up to 98%.

Se evaluaron cinco extractos coagulantes naturales en solución salina de tallos de Hylocereus cf. trigonus (Cactus), exudado gomoso de Albizia saman (Campano), corteza de Guazuma ulmifolia (Guácimo) y corteza y semilla de Moringa oleífera (Moringa), en muestras de agua cruda tomadas del río Sinú, con niveles de turbidez inicial entre 56 y 300 unidades nefelométricas de turbidez (UNT). Con ensayos de jarras, se determinó las eficiencias de remoción de turbidez, como una función del porcentaje de actividad coagulante, para dosis aplicadas entre 5 mg/L a 200 mg/L. Aunque el Carbono Orgánico Total (COT) es un parámetro importante en la calidad del agua, no se incluyó en este estudio debido a que se ha hallado que la turbidez del rio Sinú es de origen sedimentario y su corriente tiene una baja carga orgánica. Las eficiencias de remoción variaron de 40% (con turbidez menores a 100 UNT) hasta 90% (con turbidez inicial mayor a 150 UNT), para dosis óptimas de 10 mg/L a 40 mg/L de extractos de tallos de H. cf. trigonus, exudado gomoso de A. saman, y cortezas de G. ulmifolia y de M. oleífera. El extracto de mayor eficiencia fue el obtenido de la semilla de M. oleífera, siendo más efectivo con turbidez mayor a 150 UNT, logrando una actividad coagulante hasta del 98%.

Comparing dam movements obtained with Terrestrial Laser Scanner (TLS) data against direct pendulums records

The results of the study carried out in a gravity-arch dam to measure its seasonal movements with TLS are presented. These values are compared with radial movements of the dam crest recorded by direct pendulums. The results show differences, only few millimeters, being the best result one millimeter discrepancy. The factors that have been considered are the precision and accuracy of the equipment, distance and angle of incidence of the laser beam, the density of the point cloud and the size of the triangles of the meshes. Considerations about density of point clouds and size of triangular meshes are made. In this study, a 7 cm distance between points and a 20 cm mesh size have given good results. Finally, a methodology is proposed to compare by reference to one of the meshes.

En este artículo se presentan los resultados del estudio llevado a cabo en una presa de arco-gravedad, presa para medir sus movimientos estacionales con datos TLS. Estos valores se comparan con los movimientos radiales en coronación de la presa registrados por péndulos directos. Los resultados muestran diferencias en milímetros, siendo el mejor del orden de un milímetro. Los factores que se han considerado son la precisión y la exactitud de los equipos, la distancia y el ángulo de incidencia del rayo láser, la densidad de la nube de puntos y el tamaño de los triángulos de las mallas. Se hacen consideraciones acerca de la generación de nubes de puntos y mallas de triángulos. En este estudio, 7 cm de distancia entre puntos y 20 cm de tamaño de las mallas han dado buenos resultados. Por último, se propone una metodología para hacer estas comparaciones por referencia a una de las mallas.

Analysis of Bender Element signals during triaxial testing

This paper presents and discusses three different wave propagation methods used to evaluate the shear wave velocities, Vs, computed from Bender Element (BE) analyses during triaxial testing. The peak-to-peak travel time, cross-correlation and phase-delay approaches were employed to calculate Vs and to determine the error in wave propagation velocities when time domain and frequency domain methods are implemented. The results obtained from vertical BE tests conducted on clay specimens indicates that, when the proper BE testing conditions are met, the differences in Vs calculated using the three methods were within ±2%. This error is small and indicates that the peak-to-peak method, the simplest and fastest time domain approach, can be employed as a straight forward method to determine shear wave velocities.

Este artículo presenta y discute tres métodos para evaluar la velocidad de la onda cortante, Vs, con base en el análisis de señales de "Bender Elements" (BE) tomadas durante ensayos triaxiales. Los métodos de tiempo de viaje de pico-a-pico (peak-to-peak travel time), correlación cruzada (cross-correlation) y fase retrasada (phase-delay) fueron empleados para calcular Vs, y determinar el error en la velocidad de propagación de la onda cuando se realizan los análisis en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. Los resultados obtenidos de los ensayos Bender Element indican que cuando las condiciones apropiadas se cumplen, las diferencias entre los valores calculados de Vs usando los tres métodos varían entre ±2%. Este error es pequeño y está entre los rangos aceptables indicando que el método de tiempo de viaje pico-a-pico, el cual es el método más sencillo y rápido de aplicar, puede ser empleado como un método directo para calcular la velocidad de la onda cortante.

Prony's method implementation for slow wave identification of electroenterogram signals

The aim of the present paper is to identify the slow wave (SW) of the bioelectric activity of the small bowel recorded at the abdominal surface (electroenterogram) to detect which internal record is detected at the abdominal surface. Prony's method was used in this study. Internal and external recordings were acquired simultaneously from five beagle dogs (in 10 recording sessions). Akaike's Information Criterion (AIC) was used to obtain the optimal order of Prony's method, and was calculated for each minute of abdominal and internal myoelectric signal. The optimal order was of p = 29 and q = 1, with a frequency resolution of ∆f = 0.06 Hz. The maximum frequency peak on the signal spectrum was found around 0.3 Hz. Prony's method analysis showed that the slow wave can be detected on the abdominal recordings of the intestinal myoelectrical activity without breathing interference and statistically can determine the internal record that corresponds to the record at the abdominal surface.

El objetivo del presente trabajo es identificar la onda lenta (OL) de la actividad bioeléctrica del intestino delgado registrada en la superficie abdominal (electroenterograma), para detectar que registro interno se detecta en la superficie abdominal. En este estudio se utilizó el método de Prony. Los registros internos y externos fueron adquiridos de manera simultánea de cinco perros Beagle (de 10 sesiones de registro). El Criterio de Información de Akaike (CIA) fue utilizado para la obtención de los órdenes óptimos del método de Prony, y se aplicó a cada minuto de longitud de señal mioeléctrica tanto abdominal como interna. El orden óptimo encontrado fue de p = 29 y q = 1, con una resolución de frecuencia ∆f = 0.06 Hz. La frecuencia de los picos máximos de la señal del espectro se encontró en torno a 0.3 Hz. El Análisis del método de Prony muestra que la OL puede detectarse en los registros abdominales de la actividad mioeléctrica intestinal sin interferencias respiratorias y estadísticamente puede determinarse el registro interno que se corresponde con el registro en la superficie abdominal.

Relevance of the hyperelastic behavior of cruciate ligaments in the modeling of the human knee joint in sagittal plane

The rupture of the anterior cruciate ligament (ACL) is the most common injury of the human knee. [A1] When surgery is required, it is helpful for orthopedic surgeons to scientifically define the best position for the graft, which approximates the functionality of an intact ACL. To accomplish that, it is crucial to estimate the force acting on the ligament (or graft) in response to an external load applied to the knee. This force is called the in-situ force. The objective of this research is to evidence the relevance of the hyperelastic behavior of cruciate ligaments in the two-dimensional modeling of the knee. To achieve this, a sequential method of modeling is proposed based on the theory of mechanisms and Davies' method. In a first approach the cruciate ligaments are treated as rigid bodies, and in a second approach, as hyperelastic bodies. These two approaches are then compared. The model provides information to assist the preoperative planning, by simulation of the ACL positions and in-situ forces. The proposed methodology consists of four steps and an experimental procedure performed by a robotic manipulator to obtain the in-situ forces. Experimental in-situ forces are used to validate the proposed model. Besides helping the preoperative planning, the model allows verifying two relevant biomechanical hypotheses: 1. During the simulation of the ACL in-situ force, the modeling of the cruciate ligaments as rigid links shows similar results to the modeling, which considers the hyperelastic behavior (more complex). 2. The ACL in-situ force can be well approximated when the knee is modeled as a two-dimensional four bar mechanism. Based on the results it can be concluded that the forces obtained by simulations that consider the hyperelastic behavior of the cruciate ligaments are close to the forces obtained by simulations that consider the cruciate ligaments as rigid bodies. It can also be noted that the simulated results are quite similar to the experimental results, which is important considering that the proposed model is simplified.

La ruptura del ligamento cruzado anterior (LCA) es la lesión más común de la rodilla humana. Cuando se requiere cirugía, es de mucha ayuda para los cirujanos definir científicamente el mejor punto de inserción del injerto, para que pueda tener una funcionalidad similar a la de un LCA intacto. Para esto, es crucial la estimación de la fuerza que actúa en el ligamento (o injerto) en respuesta a una carga externa aplicada sobre la rodilla. Esta fuerza es llamada fuerza in-situ. El objetivo de esta investigación es evidenciar la relevancia del comportamiento hiperelástico de los ligamentos cruzados en el modelaje bidimensional de la rodilla. Para ello, se propone una metodología secuencial de modelaje basándose en teoría de mecanismos y el método de Davies. En una primera aproximación, los ligamentos cruzados son considerados como cuerpos rígidos; en una segunda aproximación, como cuerpos con comportamiento hiperelástico. Esas dos aproximaciones son comparadas. El modelo proporciona informaciones que permiten asistir el planeamiento pre-operatorio, mediante la simulación de las posiciones y la fuerzas in-situ del LCA. La metodología propuesta consiste en cuatro pasos y considera un procedimiento experimental realizado mediante un manipulador robótico que obtiene las fuerzas in-situ. Las fuerzas in-situ experimentales son usadas para validar el modelo propuesto. Además de apoyar al planeamiento pre-operatorio, el modelo permite verificar dos hipótesis biomecánicas relevantes: 1. Para la simulación de la fuerza in-situ del LCA, el modelaje de los ligamentos cruzados como barras rígidas, presenta resultados semejantes a los del modelaje que considera el comportamiento hiperelástico (más elaborado). 2. Las fuerzas in-situ del LCA pueden ser aproximadas satisfactoriamente, cuando la rodilla es modelada como un mecanismo bidimensional de 4-barras. Con base en los resultados puede concluirse que las fuerzas obtenidas por simulaciones que consideran el comportamiento hiperelástico de los ligamentos cruzados, son muy próximas a aquellas fuerzas obtenidas en simulaciones que consideran los ligamentos cruzados como cuerpos rígidos. También se puede observar que los resultados simulados son bastante similares a los resultados experimentales, lo que es relevante considerando que el modelaje propuesto es simplificado.

Wear resistance of high chromium white cast iron for coal grinding rolls

High chromium white cast iron alloy used in coal grinding components is a material that may present different wear resistance depending on the thermal treatment used in its manufacturing. In this context, the properties of this alloy, containing 22% chromium and 3% carbon, were investigated after applying different heat treatments and their influence on the abrasion wear resistance was evaluated. For the characterization of the alloy, several experimental tests were performed using the following laboratory equipment: durometer, microdurometer, optical microscope, scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction, emission spectral photometry and equipment for wear testing according to the ASTM G65-04 (2010) standard. The results obtained reveal that the wear resistance of the selected alloy increases when a lower amount of austenite is retained in the matrix and high precipitation of secondary chromium carbides occurs. They also suggest that it is not necessary to use long times for the alloy destabilization in order to obtain higher hardness values and good wear resistance when the alloy is previously annealed, in contrast to what is practiced in the industry.

Las fundiciones blancas al alto cromo utilizadas en componentes de molinos de carbón son materiales que presentan diferentes resistencias al desgaste, dependiendo del tratamiento térmico usado en su fabricación. Las propiedades mecánicas, microestructurales y tribológicas de la aleación con 22% de cromo y 3% de carbono (II D ASTM A532-10) y su influencia en la resistencia al desgaste fueron investigadas. Para la caracterización de la aleación fueron realizados diversos ensayos, utilizando los siguientes equipos de laboratorio: durómetro, microdurómetro, microscopio óptico, microscopio electrónico de barrido, difracción de rayos X, espectrofotómetro de emisión óptica, y equipo para ensayo de desgaste abrasivo de acuerdo con la norma ASTM G65-04 (2010). Los resultados encontrados mostraron que la resistencia al desgaste incrementa cuando la matriz tiene una baja fracción volumétrica de austenita retenida y una alta fracción de carburos secundarios. También indican que no es necesario usar largos tiempos durante la desestabilización en la aleación II D para obtener una óptima resistencia al desgaste, cuando la aleación fue previamente recocida. Estos resultados indican que la industria puede usar tiempos cortos durante la desestabilización de los rodillos de molinos de carbón.

First-principles calculations of the pressure dependence on the structural and electronic properties of GaN/CrN superlattice

This work provides first-principle calculations to investigate how pressure affects the electronic and magnetic properties of 1x1-GaN/CrN superlattice. A method based on Full-Potential Linearized Augmented Plane Waves (FP-LAPW) is used exactly as implemented in code Wien2k. It was found that the most favorable phase for 1x1-GaN/CrN superlattice is the hexagonal wurtzite type, and also that, due to pressure, the superlattice can reach the NaCl phase, with a transition pressure P T1 = 13.5 GPa. Additionally, in the most favorable phase, it was observed that the magnetic moment changes from 0 to 2.1 µβ for a transition pressure P T2 = 25.50 GPa. From the calculations of the density states, it can be stated that the superlattice exhibits a half-metallic behavior at equilibrium pressure. Moreover, at high pressures P > P T2, the superlattice exhibits a metallic behavior. The evidence indicates that the superlattice may be used in spintronics.

En este trabajo se ejecutaron cálculos por primeros principios para investigar cómo la presión afecta las propiedades estructurales y electrónicas de la superred GaN/CrN. Se usó el método Ondas Planas Aumentadas y Linealizadas Potencial Completo (FP-LAPW), tal como está implementado en código Wien2k. Se encontró que la más favorable para la superred GaN/MnN es la hexagonal tipo wurtzita y que, debido a la presión, la superred puede pasar a la fase NaCl, siendo la presión de transición P T1 = 13,5 GPa. Adicionalmente, en la fase más favorable se halló que el momento magnético de la superred cambia, pasando de 0 a 2,1 µβ a la presión de transición P T2 = 26,50 GPa. Los cálculos de la densidad de estados demuestran que la superred posee un comportamiento semi-metálico a la presión de equilibrio y que, a presiones P > P T2, la superred posee un comportamiento metálico.