Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

Editorial

Hydrogeochemical characterization and identification of a system of regional flow. Case study: the aquifer on the Gulf of Urabá, Colombia

ABSTRACT Hydrogeochemistry is an essential tool for the verification of conceptual models, especially of groundwater flow models. This is even more relevant when dealing with complex hydrogeological models that have intercalating layers with different degrees of permeability, and regional flows contributing to the system. The hydrogeochemical characteristics of the Urabá-Colombia Aquifer and geological cross-sections were studied to establish possible processes that explain the groundwater flow evolution and the recharge zones. 4 flow lines were considered to show the groundwater evolution from Ca2+-HCO3 - facies and a TDS concentration of approximately 400 mg/L, trough Ca2+-Mg2+-HCO3 - and Na+-Mg2+-HCO3 - facies, ending with Na+-HCO3 - facies close to discharge area, with TDS=1,550 mg/L. Data on stable isotopes confirmed the groundwater flow directions. It is also clear that evolution orders correspond to the possible flow rates in areas with a homogeneous gradient, but with higher hydraulic conductivity conditions to the south and center, compared to the north.

RESUMEN La hidrogeoquímica constituye una herramienta fundamental para la verificación de los modelos conceptuales, en particular los modelos de flujo de aguas subterráneas, esto se hace aún más relevante cuando se tienen modelos hidrogeológicos complejos en los que se intercalan capas de distinta permeabilidad e intervienen flujos regionales. Analizando las características del Acuífero del Golfo de Urabá y secciones geológicas, fue posible establecer procesos que explican la evolución del flujo del agua subterránea y las zonas de recarga del acuífero. Se utilizaron 4 líneas de flujo para mostrar la evolución del agua subterránea de facies Ca2+-HCO3 - y una concentración de STD de 400 mg/L aproximadamente, pasando por facies Ca2+-Mg2+-HCO3 - y Na+-Mg2+-HCO3 -, y finalizando con una facies Na+-HCO3 -, cerca de la zona de descarga, con STD=1,550 mg/L aproximadamente. Algunos datos de isotopos estables sustentan la verificación de los sentidos de flujo hidrogeológico. También es claro que los ordines de evolución se corresponden con las posibles velocidades de flujo en zona con gradiente homogéneo pero condiciones de conductividad hidráulica más altas en el sur y centro que en el norte.

Device for simulation of restrictive pathologies in healthy subjects with non-invasive mechanical ventilation

ABSTRACT The respiratory mechanics assessment in patients with mechanical ventilation allows to adjust the treatment in intensive care units related to the ventilatory mode and parameters of mechanical ventilator settings. However, to estimate the compliance and respiratory resistance in spontaneous ventilation is only possible with obstructive maneuvers or invasive techniques. One of the most important limitations to develop new techniques for respiratory mechanics estimation is the non-stationary characteristic of the system and the variability of parameters according to the variability of the breathing pattern. The aim of this article is to present and evaluate a device that allows artificially modify the thoracic compliance of a healthy subject, which will make possible to register in the future a useful database for the development of techniques for estimating ventilatory mechanics. The device was formed by a cuirass, a pump and a controller that allows to vary the pressure inside the cuirass, which was placed in the chest and abdomen of the volunteers to change compliance in a controlled manner. 5 volunteers participated in the performance test of the device, achieving percentage changes of 34.5 ± 9.4% respecting their resting value for a pressure of 10 cmH2O and changes of 46.8 ± 5.7% for the maximum pressure of 20 cmH2O. It was possible to design a device that allowed to artificially modify thoracic compliance in a comparable way for any healthy subject.

RESUMEN La evaluación de la mecánica ventilatoria en pacientes ventilados mecánicamente permite ajustar su tratamiento en las unidades de cuidados intensivos en términos del ajuste del modo ventilatorio y sus parámetros asociados. Sin embargo, solo con maniobras obstructivas es posible estimar parámetros como la compliancia y la resistencia respiratorias en ventilación espontánea. Una de las limitaciones más importantes en el desarrollo de técnicas de estimación no obstructivas de la mecánica ventilatoria es que se trata de un sistema no estacionario y la variación de sus parámetros está sujeta a la variabilidad del patrón ventilatorio. Este artículo tiene como objetivo presentar y evaluar un dispositivo que permita modificar artificialmente la distensibilidad torácica de un sujeto sano, lo cual permitirá registrar en un futuro una base de datos útil para el desarrollo de técnicas de estimación de la mecánica ventilatoria. El dispositivo se conformó por una coraza, una bomba y un controlador que permite variar la presión al interior de la coraza, la cual fue ubicada en el pecho y abdomen de los voluntarios para cambiar la distensibilidad de manera controlada. 5 voluntarios participaron en la avaluación del dispositivo, consiguiendo cambios porcentuales de 34,5 ± 9,4% respecto a su valor en reposo para una presión de 10 cmH2O y cambios de 46,8 ± 5,7% para la máxima presión de 20 cmH2O. Se logró diseñar un dispositivo que permitiera modificar artificialmente la distensibilidad torácica de manera comparable para cualquier sujeto sano.

Study of non-linear optical properties in automobile lubricating oil via Z-Scan technique

ABSTRACT Non-linear optical properties were obtained as a function of laser power for the 20W-50 multi-grade oil for engines. These properties were obtained by using the Z-scan technique for transmission in closed and open cell configurations. A Nd:YAG laser operating in continuous wave (CW) was used, emitting in 532 nm and regulated in electric current. To control the technique, an interface in LabVIEW was implemented, which allows monitoring real-time during the measurement process. The values of the non-linear absorption coefficient (β), non-linear refractive index (n 2), and third-order electrical susceptibility were estimated, finding orders of magnitude of 10-3 cm/W, 10-9 cm2/W, and 10-5 esu, respectively. These previous results show that an automobile lubricating oil has significant non-linear optical properties.

RESUMEN Se determinaron las propiedades ópticas no lineales en función de la potencia del láser para el aceite multígrado 20W-50 para motores. Estas fueron obtenidas empleando la técnica Z-scan por transmisión en configuraciones de celda cerrada y abierta. Se utilizó un láser de Nd:YAG operando en modo de onda continua (CW), emitiendo en 532 nm y regulado en corriente. Para el control de la técnica se implementó una interfaz en LabVIEW que permite monitorear en tiempo real el desarrollo de la medida. Se estimaron valores del coeficiente de absorción no lineal (β), del índice de refracción no lineal (n 2) y de la susceptibilidad eléctrica de tercer orden , encontrándose ordenes de magnitud de 10-3 cm/W, 10-9 cm2/W y 10-5 esu respectivamente. Estos resultados muestran que el aceite lubricante para automóvil tiene propiedades ópticas no lineales significativas.

Passivity-Based Control for DC-Microgrids with Constant Power Terminals in Island Mode Operation

ABSTRACT This paper presents a Passivity Based Control (PBC) for a dc microgrid. PBC is commonly used in electrical systems such as power electronics converters and electric machines, but there are few applications in microgrids operating in island mode. PBC is based on properties of passive systems and energy exchange between subsystems. The proposed strategy performs primary and secondary control of the hierarchical architecture. Local communications and measurements are needed at the nodes where dc/dc converters are placed. Simulation studies are performed in MATLAB to validate the control in a realistic test system composed of renewable energies sources, loads and energy storage units. Results show that the proposed control ensures stability and fast response of the dc-bus voltage under different operating conditions.

RESUMEN Este artículo presenta un Control Basado en Pasividad (CBP) de una microrred DC. El CBP se utiliza conmunmente en sistemas eléctricos como convertidores electrónicos de potencia y máquinas eléctricas, pero hay pocas aplicaciones en microrredes que operan en forma aislada. El CBP se fundamenta en las propiedades de los sistemas pasivos y en el intercambio de energía entre subsistemas. La estrategia propuesta desarrolla control primario y secundario de la arquitectura de control jerárquico. Son necesarias comunicaciones locales y mediciones en los nodos donde se ubican convertidores dc/dc. Estudios de simulación son realizados en MATLAB para validar el control en un sistema de prueba real compuesto por fuentes de energía renovables, cargas y unidades de almacenamiento de energía. Los resultados muestran que el control propuesto garantiza estabilidad y rápida respuesta del voltaje del bus dc bajo diferentes condiciones de operación.

A fuzzy logic system to evaluate levels of trust on linked open data resources

ABSTRACT Linked Data is a way of using the network by creating links among data from different information sources in order to improve search processes, semantic interoperability among other functionalities. One of the strategies used to perform linked resources queries is through the consumption of SPARQL Endpoints. However, to determine existent trust levels within and outside the knowledge domains where such resources are, the operation of these Endpoints is one of the critical factors for both to realize the state of these resources and their subsequent consumption. To recognize these states, the present article aims at exposing the description, modeling, implementation and analysis of a type-I fuzzy system based on logical rules. It also addresses decision-making regarding the uncertainty that presents the definition of levels of trust to determine the consumption obtained over a set of LOD Datasets Located in several Endpoints. Finally, it presents results, conclusions and further work from a case study performed through the postulation of parameters obtained at runtime over several Endpoints.

RESUMEN Linked Data es una forma de utilizar la red creando links entre datos de diferentes fuentes de información con el propósito de enriquecer los procesos de búsqueda, la interoperabilidad semántica, entre otras funcionalidades. Una de las estrategias utilizadas para llevar a cabo consultas de recursos vinculados es a través del consumo de Endpoints SPARQL. No obstante, el funcionamiento de estos Endpoints es uno de los factores críticos para conocer el estado de estos recursos y su posterior consumo para determinar niveles de confianza que presentan de estos recursos dentro y fuera de los dominios de conocimiento desde donde se encuentran alojados. Para conocer estos estados, el presente artículo tiene como propósito plantear la descripción, modelamiento, implementación y análisis de un sistema difuso de tipo-I basado en reglas lógicas, está asimismo orientado a la toma de decisiones sobre la incertidumbre que presenta la definición de niveles de confianza para determinar el consumo que se tiene sobre un conjunto de Datasets LOD alojados en diversos Endpoints. Finalmente, presenta resultados, conclusiones y trabajo futuro a partir de un caso de estudio realizado a través de la postulación de parámetros obtenidos en tiempo de ejecución sobre varios Endpoints.

Dense tracking, mapping and scene labeling using a depth camera

ABSTRACT We present a system for dense tracking, 3D reconstruction, and object detection of desktop-like environments, using a depth camera; the Kinect sensor. The camera is moved by hand meanwhile its pose is estimated, and a dense model, with evolving color information of the scene, is constructed. Alternatively, the user can couple the object detection module (YOLO: you only look once [1]) for detecting and propagating to the model information of categories of objects commonly found over desktops, like monitors, keyboards, books, cups, and laptops, getting a model with color associated to object categories. The camera pose is estimated using a model-to-frame technique with a coarse-to-fine iterative closest point algorithm (ICP), achieving a drift-free trajectory, robustness to fast camera motion and to variable lighting conditions. Simultaneously, the depth maps are fused into the volumetric structure from the estimated camera poses. For visualizing an explicit representation of the scene, the marching cubes algorithm is employed. The tracking, fusion, marching cubes, and object detection processes were implemented using commodity graphics hardware for improving the performance of the system. We achieve outstanding results in camera pose, high quality of the model’s color and geometry, and stability in color from the detection module (robustness to wrong detections) and successful management of multiple instances of the same category.

RESUMEN Presentamos un sistema de localización con información densa, reconstrucción 3D, y detección de objetos en ambientes tipo escritorio, usando una cámara de profundidad; el sensor Kinect. La cámara se mueve manualmente mientras se estima su posición, y se construye un modelo denso con información de color de la escena que se actualiza permanentemente. El usuario puede, alternativamente, acoplar el módulo de detección de objetos (YOLO: you only look once [1]) para detectar y propagar al modelo información de categorías de objetos comúnmente encontrados sobre escritorios, como monitores, teclados, libros, vasos y laptops, obteniendo un modelo con color asociado a la categoría del objeto. La posición de la cámara es estimada usando una técnica modelo-frame con el algoritmo iterativo de punto más cercano (ICP, iterative closest point) con resolución en niveles, logrando una trayectoria libre de deriva, robustez a movimientos rápidos de la cámara y a condiciones variables de luz. Simultáneamente, los mapas de profundidad son fusionados en una estructura volumétrica desde las posiciones estimadas de la cámara. Para visualizar una representación explícita de la escena se emplea el algoritmo marching cubes. Los algoritmos de localización, fusión, marching cubes y detección de objetos fueron implementados usando hardware para procesamiento gráfico con el fin de mejorar el desempeño del sistema. Se lograron resultados sobresalientes en la posición de la cámara, alta calidad en la geometría y color del modelo, estabilidad del color usando el módulo de detección de objetos (robustez a detecciones erróneas) y manejo exitoso de múltiples instancias de la misma categoría.