Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

Editorial

Evaluación del desempeño de un modelo a escala del tanque de alta tasa de sedimentación en el tratamiento de agua potable

ABSTRACT The Cornell University Agua Clara program researches ways to improve the process of potable water treatment at low cost and no energy dependent. A High Rate Sedimentation (HRS) process that uses upward flow and less area than traditional tanks was investigated. The objective was to analyze parameters affecting HRS tank performance including velocity, density of the floc blanket and location of plate settlers in a laboratory scale HRS tank. Different velocities were set during the experiment, and the resulting performance of the floc blanket was evaluated through continuous turbidity measurements. Results demonstrated that the lab-scale tank allows the creation of a floc blanket and is a versatile design with constraints of visibility and accessibility. In addition, performance of the sedimentation tank improves at lower up flow velocities; however, the study suggests that plate settlers at the top of the tank stabilized the floc blanket at higher velocities, as a consequence of denser floc blankets created by the plates.

RESUMEN El programa AguaClara de la Universidad de Cornell ha investigado formas de mejorar el proceso de tratamiento de aguas a bajo costo y sin depender de fuentes energía adicionales. En este proyecto fue investigado un proceso basado en la Sedimentación de Alta Tasa (HRS, por sus siglas en inglés), el cual presenta un flujo vertical y menor área con respecto a tanques tradicionales. El objetivo consiste en analizar los parámetros que pueden afectar el desempeño del tanque HRS incluyendo velocidad, densidad del manto de flóculos y ubicación de las láminas de sedimentación en un modelo de tanque de sedimentación de alta tasa a escala de laboratorio. Diferentes velocidades fueron evaluadas y el desempeño del manto de flóculos fue estudiado a través de mediciones continuas de turbidez del agua. Los resultados demostraron que el tanque de alta tasa permite la generación del manto de flóculos y, cuenta con un diseño versátil y accesible. Adicionalmente, el desempeño del tanque de sedimentación mejora a bajas velocidades; sin embargo, este estudio sugiere que el uso de láminas de sedimentación en la parte superior del tanque permite estabilizar el manto de flóculos a velocidades mayores, debido a la función desempeñada en la formación de flóculos más densos.

Propiedades mecánicas dentro y fuera del plano de compuestos de resina de poliéster reforzados con fibras vegetales

ABSTRACT The results presented in this paper belong to the mechanical characterization of vegetal woven fabric reinforced composites with polyester resin as the matrix and fabrics made of cotton, jute and flax fibers. Test specimens were manufactured using a simple hand lay-up molding process. A group of test specimens was reinforced with the woven fabrics as delivered by the supplier, while another group was reinforced with woven fabrics that were chemically treated with Sodium hydroxide NaOH at 6% w/v for 48 hours. The fabrics were then neutralized and dried in an oven. Mechanical characterizations were performed using traction, compression, in-plane shear and interlaminar (out of plane) shear tests. Results show that the untreated flax fiber composite has the best specific properties among the three vegetal composites.

RESUMEN En este trabajo se presentan los resultados de la caracterización mecánica de tres compuestos con matriz de resina de poliéster reforzados con tejidos de fibras vegetales de algodón, yute y lino. Las probetas fueron fabricadas mediante la técnica de moldeo manual. Un grupo de probetas fue reforzado con tejidos en su estado de suministro, mientras que otro grupo fue reforzado con tejidos tratados químicamente mediante alcalinización con hidróxido de Sodio NaOH al 6% w/v por 48 horas, seguidos de una neutralización del pH y secado en horno. La caracterización se realizó mediante ensayos de tracción, compresión, corte en el plano y corte interlaminar. Los resultados demuestran que el material compuesto reforzado con fibras de lino no tratado posee las mejores propiedades específicas entre los tres compuestos vegetales.

Percepción sobre el uso de Sistemas de monitoreo en estructuras de construcción civil

ABSTRACT In recent years, concrete structures have started to show increased amounts of degradation or damage. This phenomenon is generally caused by the growth of these constructions, particularly with regard to slenderness. In the quest for new strategies to address this problem and to ensure the safety of structures and their occupants, tools for damage detection and timely analysis distributed within buildings have been developed. These tools are referred to as “Structural Health Monitoring” sensors. It is known that these systems still have high costs, thus this study aims to assess their value through future projections of their costs and utility.This monitoring method, although not widespread, mainly aims to maintain the integrity of major projects; it is not currently focused in small sized works, with the exception of a few structures of historical interest. Therefore, this study proposes the analysis of structural monitoring systems in civil construction, through means of a survey and interviews with experts. The study is aimed at investigating current technologies, planning for implementation, and identifying costs and feasibility of structural monitoring in the future. In conclusion, it was possible to expose that deformation and displacement sensors, along with optical and electrical technologies are the most commonly used types of sensors. Furthermore, it was found that monitoring systems are only feasible for large structures and the estimated time for use in medium-sized buildings is 15 years or more. However, it can be noted that the cost is currently very high, but will likely be reduced in the future.

RESUMEN En los últimos años, las estructuras de hormigón han comenzado a mostrar una mayor cantidad de degradación o daños. Este fenómeno es causado generalmente por el crecimiento de estas construcciones, especialmente con respecto a la esbeltez. En la búsqueda de nuevas estrategias para hacer frente a este problema y para garantizar la seguridad de las estructuras y de sus ocupantes, se han desarrollado herramientas para la detección y el análisis de daños distribuidos dentro de los edificios. Estas herramientas se conocen como sensores de monitoreo de salud estructural (SHM). Se sabe que estos sistemas todavía tienen altos costos, por lo que este estudio tiene como objetivo evaluar su valor a través de las proyecciones futuras de sus costos y utilidad. Este método de monitorización, aunque no se ha generalizado, principalmente tiene como objetivo mantener la integridad de los grandes proyectos; no se centra actualmente en el seguimiento de las obras pequeñas y medianas empresas, con la excepción de unas pocas estructuras de interés histórico. Por lo tanto, este estudio propone la visualización y análisis de sistemas de monitoreo estructurales de la construcción civil, a través de medios de una encuesta y entrevistas con expertos. El objetivo del estudio es investigar tecnologías y aplicaciones actuales, la planificación de la implementación, y la identificación de costos y viabilidad de la supervisión estructural en el futuro. En conclusión, fue posible exponer que la deformación y desplazamiento sensores, junto con las tecnologías ópticas y eléctricas son los tipos más comúnmente utilizados de sensores. Además, se ha descubierto que los sistemas de vigilancia son solamente factibles para grandes estructuras y el tiempo estimado para su uso en edificios de tamaño medio es de 15 años o más. Sin embargo, se puede señalar que el coste es actualmente muy alto, pero es probable que se reduzca en el futuro.

Predicción del ruido proveniente de los aerogeneradores: Estudio teórico y experimental

ABSTRACT Several noise propagation models used to calculate the noise produced by wind turbines have been reported. However, these models do not accurately predict sound pressure levels. Most of them have been developed to estimate the noise produced by industries, in which wind speeds are less than 5 m/s, and conditions favor its spread. To date, very few models can be applied to evaluate the propagation of sound from wind turbines and most of these yield inaccurate results. This study presents a comparison between noise levels that were estimated using the prediction method established in ISO 9613 Part 2 and measured levels of noise from wind turbines that are part of a wind farm currently in operation. Differences of up to 56.5 dBZ, with a median of 29.6 dBZ, were found between the estimated sound pressure levels and measured levels. The residual sound pressure levels given by standard ISO 9613 Part 2 for the wind turbines is larger for high frequencies than those for low frequencies. When the wide band equivalent continuous sound pressure level is expressed in dBA, the residual varies between −4.4 dBA and 37.7 dBA, with a median of 20.5 dBA.

RESUMEN Hay muchos modelos de propagación de ruido que se utilizan para calcular el ruido proveniente de los aerogeneradores. Sin embargo, fallan en la precisión con que pueden predecir los niveles de presión sonora. La mayoría de estos modelos han sido desarrollados para estimar el ruido proveniente de las industrias, con velocidades del viento inferiores a 5 m/s y condiciones favorables a su propagación. Hasta ahora hay muy pocos modelos que se puedan aplicar para la propagación del sonido proveniente de los aerogeneradores y la mayoría de ellos arrojan resultados poco precisos. En este artículo se presenta una comparación entre los niveles de ruido estimados a través del método de predicción establecido en la norma ISO 9613 Parte 2 y los niveles de ruido medidos proveniente de los aerogeneradores instalados en un parque eólico en funcionamiento. Se encontraron diferencias entre los niveles de presión sonora estimados y medidos de hasta 56.5 dBZ, con una mediana de 29.6 dBZ. El nivel de presión sonora residual arrojado por la norma ISO 9613 Parte 2 para los aerogeneradores es mayor para las frecuencias altas que para las frecuencias bajas.

El método del alpinista para detección de picos en señales fotopletismográficas

ABSTRACT Several efforts have been made to develop algorithms for accurate peak detection in photoplethysmographic (PPG) signals. Most of those algorithms have been specifically conceived to perform under high motion artifact and baseline drift conditions. However, little has been done regarding peak detection in low-amplitude PPG signals. In an attempt to address this issue, a simple and real-time peak detection algorithm for PPG signals was proposed. In comparison with two other well-established peak detection algorithms, the proposed method was able to achieve over than 98% sensitivity and less than 3% failed detection rate, even when the amplitude of the PPG signal dropped to 0.2 V. Still, further work is needed to improve its robustness to motion artifacts.

RESUMEN Se han llevado a cabo numerosos esfuerzos por desarrollar algoritmos para la detección de picos en señales fotopletismográficas (PPG). La mayoría de estos algoritmos han sido concebidos específicamente para funcionar frente a los artefactos ocasionados por movimiento y a la desviación en la línea de base. Sin embargo, poco se ha hecho con respecto a la detección de picos en señales PPG de baja amplitud. En un intento por abordar este problema, se propuso un algoritmo para detectar, en tiempo real, los picos de las señales PPG. En comparación con otros dos algoritmos de detección de picos bien establecidos, el método propuesto fue capaz de alcanzar más del 98% de sensibilidad y menos del 3% de tasa de detección fallida, incluso cuando la amplitud de la señal PPG se redujo a 0,2 V. Aún así, es necesario mejorar su robustez ante los artefactos por movimiento.

Tecnología marginal basada en la evaluación del ciclo de vida consecuencial. El caso de Colombia

ABSTRACT Electricity data is one of the key factors in life cycle assessment (LCA). There are two different approaches to model electricity and to apply average or marginal data in LCA studies. Marginal data is used in consequential whereas average data is considered in attributional studies. The aim of this study is to provide the long-term marginal technology for electricity power generation in Colombia until 2030. This technology is one capable of responding to small changes in demand on the market and is an important issue when assessing the environmental impacts of providing electricity. Colombia is a developing country with a national power grid, which historically has been dominated by Hydropower rather than fossil fuels. This particularity makes Colombian national power grid vulnerable to climatic variations; therefore, the country needs to introduce renewable resources into the power grid. This study uses consequential life cycle assessment and data from Colombian national plans for capacity changes in the power grid. The results show that whereas marginal electricity technology would most probably be Hydropower, Wind and Solar power are projected to reach more than 1% of the national power grid by 2030.

RESUMEN Los datos de electricidad son uno de los factores clave en el análisis del ciclo de vida (ACV). El tipo de datos relacionados con la electricidad pueden ser de dos tipos, datos promedios o marginales. Los datos marginales se enfocan principalmente en las consecuencias, mientras que los datos promedio se refieren a los estudios de atribución. El objetivo de este estudio es proporcionar la tecnología marginal de generación eléctrica en Colombia para el 2030. La tecnología eléctrica marginal es aquella capaz de responder a pequeños cambios en la demanda en el mercado y es un punto clave para evaluar los impactos ambientales de la electricidad suministrada. Colombia es un país en desarrollo con una red eléctrica nacional que históricamente ha estado dominada por los recursos hidroeléctricos en lugar de combustibles fósiles. Esta particularidad hace que la red eléctrica colombiana sea vulnerable a las variaciones climáticas y tenga la necesidad de introducir recursos renovables en la red eléctrica. El enfoque utilizado es la evaluación consecuente del ciclo de vida con información de los planes nacionales de Colombia para cambios de capacidad en el suministro de la red eléctrica. Los resultados muestran que a nivel nacional, la tecnología eléctrica marginal hacia 2030 es la generación de energía hidroeléctrica. Mientras que la energía eólica y solar representara el 1% de la capacidad instalada de Colombia para el 2030.

Evaluación experimental y numérica de la resiliencia y la tenacidad en planchas soldadas de acero AISI 1015

ABSTRACT The mechanical characterization of the engineering materials is always a topic of interest to engineers and researchers. The objective of this work is to study the butt welded joint resilience and toughness by means of the tensile test and the numerical simulation. The specimens were fabricated by welding two plates of AISI 1015 steel with an E6013 electrode. An algorithm of the numerical integration based on the trapezoid method that allowed calculating the resilience and toughness as the area under the stress - strain curve was implemented. The algorithm was validated by comparing the numerical results of the resilience with those obtained by the analytical method. The results show that the resilience and the toughness values computed with the experimental stress - strain curve, they have correspondence with the same values calculated with the numerical simulation.

RESUMEN La caracterización mecánica de los materiales ingenieriles es siempre un tema de interés de ingenieros e investigadores. El objetivo de este trabajo es estudiar la resiliencia y la tenacidad de uniones soldadas mediante el ensayo a tracción y la simulación numérica. Las probetas fueron fabricadas mediante la soldadura de dos placas de acero AISI 1015 con electrodo E6013. Se implementó un algoritmo de integración numérica basado en el método de los trapecios que permitió calcular la resiliencia y la tenacidad como el área bajo la curva de tensión - deformación. El algoritmo fue validado mediante la comparación de los resultados numéricos del cálculo de la resiliencia con los obtenidos mediante métodos analíticos. Los resultados mostraron que los valores de la resiliencia y la tenacidad calculados con la curva tensión - deformación experimental tienen correspondencia con los mismos valores calculados mediante la simulación numérica.

Método de pulido selectivo para aumentar la precisión de las máquinas de herramientas ligeras de gran formato que trabajan con materiales pétreos.

ABSTRACT In this article two complementary methods are developed. Firstly, a method to add precision in large machine tools with modular lightweight structures (APLM), which performs the compensation of geometrics and dynamics errors using embedded intelligence, and secondly, an alternative polishing method called selective polishing (SP). This systematic process comprehends measurement tools and algorithm resources. Phenomena occurred in the machine structure, due to interaction between the cutting tools and the petrous materials in the grinding and polishing processes are modeled mathematically. Using validated flatness models, the variables and parameters were discretized to determine the errors with respect to the Z axis. To validate the method, a test machine of 3m2 workspace with a multi-body lightweight structure design was built. The geometrical errors were determined using precision instruments and those were compared with a pattern surface. A higher flatness is achieved through a combined grinding-traditional polishing and selective polishing process using the same machine. This method saves time and energy consumption.

RESUMEN En este artículo se desarrollan dos métodos complementarios; en primer lugar, un método para agregar precisión en máquinas herramientas de gran formato con estructuras ligeras modulares (APLM), realizando una compensación de los errores geométricos y dinámicos a través de la inteligencia incorporada y, en segundo lugar, un método alternativo de pulido llamado Pulido Selectivo. Este proceso sistemático comprende herramientas de medición y recursos algorítmicos. Los fenómenos que ocurren en la estructura de la máquina, en las herramientas de corte para los procesos de rectificado y pulido, y las propiedades físicas de los materiales pétreos se modelan matemáticamente. Para lograr planitud, son identificadas variables y parámetros relacionados con el error en el eje Z. Para validar el método se construyó una máquina de ensayo con una estructura multi cuerpo liviana con 3m2 para espacio de trabajo. Los errores geométricos se levantaron utilizando instrumentos de precisión y se compararon con una superficie de patrón. La mayor planitud fue lograda mediante la secuencia de los procesos de pulido combinado, pulido tradicional y pulido selectivo utilizando la misma máquina. Este método ahorra tiempo y consumo de energía.

Evaluación de la seguridad vial en carriles preferenciales para buses por medio del análisis de conflictos de tráfico en campo y microsimulación

ABSTRACT Preferential bus lanes are a widely use strategy to promote travelers to use public transport instead of private cars. Considering its relevance in the urban transportation planning and operation, it is crucial to evaluate them in terms of the operation and safety externality. We performed a road safety assessment in preferential public transport lanes with complex driving environment using a preventive approach on the 7th Avenue, in Bogota (Colombia), between 39th Street and 45th Street. A detailed study of traffic conflicts was carried out under the guidelines of the Swedish technique, which uses the Time to accident and Conflicting speed to establish the severity of a conflict. A traffic conflict is defined as an incident where, if two road users on collision course maintain their speed and trajectory constant, the crash between them will be imminent. With the field information, we calibrated a VISSIM microsimulation model that correctly replicates its traffic operation. Using the SSAM tool, we validated the base model to identify the simulated traffic conflicts in VISSIM and compared them with the observed conflicts. Under the calibrated environment, we developed and assessed three different scenarios of countermeasures to reduce the number of conflicts observed. As a result, we found that the safest scenario is the one established in the regulations that normalize the operation in preferential lanes, currently not obeyed by most users. Based on our results, we recommend an adjustment in the normative measures, including regulating the stopping time and stopping zones of private vehicles and taxis.

RESUMEN Los carriles preferenciales para buses son una estrategia utilizada ampliamente para promover que los viajeros utilicen el transporte público en lugar del vehículo privado. Considerando su relevancia en la planeación y operación del transporte urbano, es crucial evaluar estos carriles desde la operación y la seguridad vial. Para lo anterior, se evaluó preventivamente la seguridad vial, en este tipo de carriles, en la Avenida Carrera 7°, en Bogotá (Colombia), entre las Calles 39 y 45. Se ejecutó un estudio detallado de conflictos de tráfico bajo la técnica sueca, que utiliza el Tiempo al accidente y la Velocidad conflictiva para establecer la severidad de un conflicto. Con la información de campo se validó un modelo de microsimulación en VISSIM, que reproduce correctamente la operación de tráfico. Empleando la herramienta SSAM, fue posible identificar los conflictos de tráfico simulados en VISSIM que, comparados con los observados, permitieron validar el modelo base. Bajo el entorno calibrado, se modelaron tres escenarios diferentes que comprenden propuestas de contramedidas de ingeniería para disminuir el número de conflictos observados. Como resultado, se encontró que el escenario más seguro corresponde al establecido en la normatividad que regula la operación en carriles preferenciales y que, actualmente, no es obedecida por la mayoría de los usuarios. Con base en los hallazgos, se recomienda un ajuste en la normativa, incluyendo la regulación de las zonas y tiempos de parada de los vehículos privados y los taxis.

Evaluación de laboratorio de las propiedades geotécnicas del suelo mediante conductividad eléctrica

ABSTRACT: In recent years, the use of electrical methods has been improved considerably in several areas such as environment, agronomy, geophysics and geotechnics. Electrical resistivity may be used as a parameter in soil characterization; it may have many advantages for the determination of geotechnical factors influencing the behavior of soil. In this research, laboratory tests were carried out on natural sodic soil from the region of Ain Nouissy (Mostaganem) to investigate the geotechnical and chemical behavior of a natural soil using electrical resistivity measurements under various conditions. This study aims therefore to identify relationships between electrical resistivity of the soil and some physical and chemical parameters such as water content, porosity, salt concentration and pH. Moreover, electrical resistivity has been measured with the addition of salts into the natural soil. The results show that electrical resistivity reduced drastically with the addition of salt. The obtained results will be used to evaluate properties needed for soil characterization, as well as to track soil behavior with respect to salt concentration for use in soil remediation.

RESUMEN: En los últimos años, el uso de métodos eléctricos se ha mejorado considerablemente en varias áreas, tales como medio ambiente, agronomía, geofísica y geotecnia. La resistividad eléctrica puede usarse como un parámetro en la caracterización del suelo; Puede tener muchas ventajas para la determinación de factores geotécnicos que influyen en el comportamiento del suelo. En esta investigación, se llevaron a cabo pruebas de laboratorio en suelo sódico natural de la región de Ain Nouissy (Mostaganem) para investigar el comportamiento geotécnico y químico de un suelo natural utilizando mediciones de resistividad eléctrica en diversas condiciones. El objetivo de este estudio es identificar las relaciones entre la resistividad eléctrica del suelo y algunos parámetros geotécnicos y químicos, como el contenido de humedad del suelo, el contenido de agua, la porosidad, la concentración de sal y el pH. Además, la resistividad eléctrica se ha medido con la adición de sales en el suelo natural. Los resultados muestran que la resistividad eléctrica se reduce drásticamente con la adición de sal. Los resultados obtenidos se utilizarán para evaluar las propiedades necesarias para la caracterización del suelo, así como para rastrear el comportamiento del suelo con respecto a la concentración de sal para su uso en la recuperación del suelo.