Revista Facultad de Ingeniería

Capacity of apatite formation of thin films of hydroxyapatite modified by laser ablationCapacidade de formação de apatitas de filmes finos de hidroxiapatita modificadas por ablação laser

Resumen En este trabajo se analizó el efecto que tiene la modificación por ablación laser de superficies de hidroxiapatita sintetizados por sol gel en la capacidad de formación de apatitas mediante ensayos in vitro. Para ello se crecieron capas de titanato de sodio sobre discos de la aleación de Ti6Al4V mediante inmersión en NaOH 10 M a 60ºC durante 24 horas. Luego se prepararon los recubrimientos de hidroxiapatita utilizando como precursores el nitrato de calcio tetrahidratado y el trietil fosfito por el método sol-gel y la técnica dip-coating. Finalmente se realizó un patronamiento por medio de un láser Nd: YAG, con una energía de trabajo de 1.3 mJ. La hidroxiapatita se evaluó y caracterizó empleando las técnicas de Difracción de Rayos X, Microscopía Electrónica de Barrido y Espectroscopía de Energía Dispersiva de rayos x. Con el fin de evaluar la reactividad de las superficies se realizó una inmersión en fluido corporal simulado y se llevó a cabo análisis de absorción atómica de calcio, para observar los fenómenos de disolución y precipitación de este ion, y se determinó que las muestras tratadas a 600°C indujeron una mejor respuesta al crecimiento de apatitas, sin embargo, todos los recubrimientos presentan características que permitirían que estos recubrimientos sean usados como implantes en sustitutos óseos.

Abstract In this work, the effect of the modification by laser ablation of hydroxyapatite surfaces synthesized by sol-gel on the capacity of apatite formation by in vitro tests was analyzed. For this, layers of sodium titanate were grown on disks of the Ti6Al4V alloy by immersion in 10 M NaOH at 60 ° C for 24 hours. The hydroxyapatite coatings were then prepared using calcium nitrate tetrahydrate and triethyl phosphite as precursors by the sol-gel method and the dip-coating technique. Finally, patterning was performed by means of an Nd: YAG laser, with working energy of 1.3 mJ. Hydroxyapatite was evaluated and characterized using X-Ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy and Dispersive X-ray Energy Spectroscopy techniques. In order to evaluate the reactivity, immersion in simulated body fluid was carried out and calcium atomic absorption analysis was carried out to observe the dissolution and precipitation phenomena of this ion, and it was determined that the samples treated at 600 ° C They induced a better response to the growth of apatites, however, all the coatings have characteristics that would allow these coatings to be used as implants in bone substitutes.

Resumo Neste trabalho analisou-se o efeito que tem a modificação por ablação laser de superfícies de hidroxiapatita sintetizados por sol gel na capacidade de formação de apatitas mediante ensaios in vitro. Para isso, cresceram camadas de titanato de sódio sobre discos da liga de Ti6Al4V mediante imersão em NaOH 10 M a 60ºC durante 24 horas. Depois prepararam-se os recobrimentos de hidroxiapatita utilizando como precursores o nitrato de cálcio tetrahidratado e o trietil fosfito pelo método sol-gel e a técnica dip-coating. Finalmente realizou-se uma padronização por meio de um laser Nd: YAG, com uma energia de trabalho de 1.3 mJ. A hidroxiapatita avaliou-se e caracterizou-se empregando as técnicas de Difração de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva de raios x. Com o fim de avaliar a reatividade das superfícies realizou-se uma imersão em fluído corporal simulado e levou-se a cabo a análise de absorção atômica de cálcio, para observar os fenômenos de dissolução e precipitação deste íon, e determinou-se que as amostras tratadas a 600°C induziram uma melhor resposta ao crescimento de apatitas, porém, todos os recobrimentos apresentam características que permitem que estes recobrimentos sejam usados como implantes em substitutos ósseos.

Remoção de sulfeto empregando ozônio como agente oxidante em águas residuais de curtumes

Resumen En este estudio se evaluó la remoción de sulfuros en aguas residuales del proceso de pelambre o depilado de pieles, utilizando ozono como agente oxidante. Se determinó el efecto del pH inicial sobre el proceso de remoción, para este fin se usó un diseño experimental completamente al azar, en el cual el pH del agua se varió entre 10, 11, 12 y 13, el ozono fue dosificado a una tasa de 0,5 g h-1 por un periodo de 3 horas tomando muestras cada 30 minutos. Los ensayos fueron realizados para el agua residual real, suministrada por una curtiembre y agua residual sintética, a fin de comparar la remoción alcanzada en cada caso. El análisis de los resultados obtenidos permitió señalar que la mayor remoción se logró a pH 11 en el agua residual real, alcanzando un valor de 77,78%, aproximadamente 39% superior al alcanzado al mismo pH para el agua residual sintética. También se evaluó la cinética del proceso, obteniendo que los resultados se ajustan a una cinética de pseudo primer orden para la cual el coeficiente cinético fue de -0,0001 s-1, por último, se observó que después de cada ensayo se presentó disminución pH, lo cual confirma lo que químicamente debería suceder, formación de H2SO4 por la oxidación de sulfuros a sulfatos. Finalmente, se concluye que la remoción de sulfuros empleando ozono es una técnica aplicable para pH alcalino, permitiendo reducir tiempos de oxidación y convirtiéndose en una alternativa viable para aplicar en la industria del curtido de pieles.

Abstract In this study, the removal of sulfides in wastewater from the process of peeling or depilating skins was evaluated, using ozone as an oxidizing agent. The effect of the initial pH on the removal process was determined, for this purpose a completely randomized experimental design was used, in which the pH of the water was varied between 10, 11, 12 and 13, the ozone was dosed at a rate 0.5 g h-1 for a period of 3 hours taking samples every 30 minutes. The tests were performed for the real wastewater, supplied by a tannery and synthetic wastewater, in order to compare the removal achieved in each case. The analysis of the results obtained showed that the highest removal was achieved at pH 11 in the actual wastewater, reaching a value of 77.78%, approximately 39% higher than that reached at the same pH for the synthetic wastewater. The kinetics of the process were also evaluated, obtaining that the results are adjusted to a kinetic of pseudo first order for which the kinetic coefficient was -0,0001 s-1, finally, it was observed that after each test there was a decrease pH, which confirms what chemically should happen, formation of H2SO4 by the oxidation of sulphides to sulfates. Finally, it is concluded that the removal of sulfides using ozone is a technique applicable for alkaline pH, allowing to reduce oxidation times and becoming a viable alternative to apply in the leather tanning industry.

Resumo Neste estudo avaliou-se a remoção de sulfetos em águas residuais do processo de pelagem ou depilado de peles, utilizando ozônio como agente oxidante. Determinou-se o efeito do pH inicial sobre o processo de remoção, para este fim usou-se um desenho experimental completamente ao azar, no qual o pH da água variou-se entre 10, 11, 12 e 13, o ozônio foi dosificado a uma taxa de 0,5 g h-1 por um período de 3 horas tomando amostras a cada 30 minutos. Os ensaios foram realizados para a água residual real, subministrada por um curtume e água residual sintética, a fim de comparar a remoção alcançada em cada caso. A análise dos resultados obtidos permitiu assinalar que a maior remoção se logrou a pH 11 na água residual real, alcançando um valor de 77,78%, aproximadamente 39% superior ao alcançado ao mesmo pH para a água residual sintética. Também avaliou-se a cinética do processo, obtendo com que os resultados se ajustem a uma cinética de pseudo primeira ordem para a qual o coeficiente cinético foi de -0,0001 s-1, por último, observou-se que depois de cada ensaio apresentou-se diminuição do pH, o qual confirma o que quimicamente deveria suceder, formação de H2SO4 pela oxidação de sulfetos a sulfatos. Finalmente, conclui-se que a remoção de sulfetos empregando ozônio é uma técnica aplicável para o pH alcalino, permitindo reduzir tempos de oxidação e convertendo-se em uma alternativa viável para aplicar-se na indústria do curtimento de peles.

Funcionalidade e custo-benefício do uso de geossintética como reforço de subgrau no desenho de pavimento flexível

Abstract The vertical stress exerted by the vehicles will be high in a populated road and to increase the bearing capacity of subgrade characteristics, geosynthetic material can be used. In the current study different geosynthetic material such as geo-grid, geo-textile and geo-membrane were used to as a subgrade reinforcement member inside the CBR mould for understanding the improvement in subgrade for single, two and three geosynthetic layering in the CBR mould. The results show there was a constant increase in the bearing with the increase in a number of layers and this improvement varied with type of geosynthetic materials also. Among three geosynhteic materials, geogrid shows improved CBR characteristics. Finally, Cost analysis and design of flexible pavement were carried for an optimum number of layers for geogrids. There was reduction of about 6.38% in the cost of construction when using geogrid as subgrade reinforcement member.

Resumen La tensión vertical ejercida por los vehículos será alta en una carretera poblada y, para aumentar la capacidad de carga de las características de subrasante, se puede usar material geosintético. En el presente estudio, se usaron diferentes materiales geosintéticos, como geo-rejilla, geo-textil y geo-membrana, como elemento de refuerzo de subrasante dentro del molde CBR para comprender la mejora en subgrado para capas simples, dos y tres geosintéticas en el molde CBR. Los resultados muestran que hubo un aumento constante en el rodamiento con el aumento en varias capas y esta mejora también varió con el tipo de materiales geosintéticos. Entre los tres materiales geosintéticos, la geomalla muestra características CBR mejoradas. Finalmente, el análisis de costos y el diseño de pavimento flexible se llevaron a cabo para un número óptimo de capas para geomallas. Hubo una reducción de alrededor del 6.38% en el costo de construcción al usar la geomalla como miembro de refuerzo de subrasante.

Resumo A tensão vertical exercida pelos veículos será alta em uma estrada povoada e, para aumentar a capacidade de carga das características de subleito, pode-se usar material geossintético. No presente estudo, usaram-se diferentes materiais geossintéticos, como geogrelha, geo-têxtil e geo-membrana, como elemento de reforço de subleito dentro do molde CBR para compreender a melhora em subgrau para camadas simples, dois e três geossintéticas no molde CBR. Os resultados mostram que houve um aumento constante no rolamento com o aumento em várias camadas e esta melhora também variou com o tipo de materiais geossintéticos. Entre os três materiais geossintéticos, a geomalha mostra características CBR melhoradas. Finalmente, a análise de custos e o desenho de pavimento flexível foram realizados a um número ótimo de camadas para geomalhas. Houve uma redução de aproximadamente 6.38% no custo de construção ao usar a geomalha como membro de reforço de subleito.

Análise espaço temporal (1981-2010) da precipitação na cidade de Bogotá: avanços na geração de índices extremos

Resumen La investigación analizó los escenarios espaciales y temporales de eventos extremos de precipitación en Bogotá, Colombia, a partir del desarrollo de los índices de extremos climáticos avalados por el Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC) y por su capacidad de predicción de tendencias climáticas. Se trabajaron datos de frecuencia diaria y registros de treinta años de 23 estaciones meteorológicas distribuidas ampliamente en la ciudad, con el fin de brindar la mayor cantidad de información espacial. Se controló la calidad y ausencia de datos. El perfil climatológico reveló dos regímenes pluviométricos mensuales en el área de estudio con valores de hasta 87.2 mm/día de precipitación, además se encontraron dos amplias zonas de convergencia de precipitación. Los índices evidenciaron una tendencia positiva regional salvo en el sur de la ciudad que se presentaron tendencias negativas, lo que proyectó notables cambios en la intensidad, duración y frecuencia de eventos extremos, de igual manera el análisis geoestadístico detalló la zona oriental con un amplio matiz en la dinámica hidrológica, apropiada para explorarse en futuras investigaciones. En última instancia, esta investigación se orienta en ampliar y divulgar información clave en la planeación y ordenación del territorio, así como también en la prevención y gestión del riesgo frente a escenarios de extremos climáticos como deslizamientos de tierra, inundaciones o sequias en ciudades situadas por encima de los 2000 m.s.n.m. y de esta manera ayudar a tomadores de decisiones, investigadores, profesores y estudiantes universitarios en emplear una metodología aprobada internacionalmente que unifica criterios para el cotejo de información climática.

Abstract The investigation analyzed the spatial and temporal scenarios of extreme precipitation events in Bogotá, Colombia, based on the development of climate end indexes endorsed by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) and their capacity to predict climate trends. Data of daily frequency and records of thirty years of 23 meteorological stations distributed widely in the city were worked, in order to provide the greatest amount of spatial information. The quality and absence of data were controlled. The climatological profile revealed two monthly rainfall regimes in the study area with values of up to 87.2 mm / day of precipitation, in addition two broad areas of precipitation convergence were found. The indexes showed a positive regional trend except in the south of the city where negative trends were presented, which projected notable changes in the intensity, duration and frequency of extreme events, in the same way the geostatistical analysis detailed the eastern area with a wide nuance in hydrological dynamics, appropriate to be explored in future research. Ultimately, this research is aimed at expanding and disseminating key information in the planning and planning of the territory, as well as in the prevention and management of risk in the face of extreme weather scenarios such as landslides, floods or droughts in cities located by above 2000 m.a.s.l. and in this way help decision makers, researchers, professors and university students to use an internationally approved methodology that unifies criteria for the collation of climate information.

Resumo A pesquisa analisou os cenários espaciais e temporais de eventos extremos de precipitação em Bogotá, Colômbia, a partir do desenvolvimento dos índices de extremos climáticos avalizados pelo Painel Intergovernamental da Mudança Climática (IPCC) e por sua capacidade de predição de tendências climáticas. Trabalharam-se dados de frequência diária e registros de trinta anos de 23 estações meteorológicas distribuídas amplamente na cidade, com o fim de brindar a maior quantidade de informação espacial. Controlou-se a qualidade e a ausência de dados. O perfil climatológico revelou dois regimes pluviométricos mensais na área de estudo com valores de até 87.2 mm/dia de precipitação, além disso, encontraram-se duas amplas zonas de convergência de precipitação. Os índices evidenciaram uma tendência positiva regional salvo no sul da cidade que se apresentaram tendências negativas, o que projetou notáveis mudanças na intensidade, duração e frequência de eventos extremos, de igual maneira a análise geoestatística detalhou a zona oriental com um amplo matiz na dinâmica hidrológica, apropriada para explorar-se em futuras pesquisas. Em última instância, esta pesquisa se orienta em ampliar e divulgar informação fundamental no planejamento e ordenação do território, assim como também na prevenção e gestão de risco frente a cenários de extremos climáticos como desmoronamentos de terra, inundações ou estiagens em cidades situadas acima dos 2000 m.s.n.m. e desta maneira ajudar aos que tomam decisões, pesquisadores, professores e estudantes universitários a empregar uma metodologia aprovada internacionalmente que unifica critérios para a comparação de informação climática.

Modelo compacto com capacidade de predição de parâmetros físicos para amplificadores de RF

Resumen En el presente trabajo se ha presentado un análisis de transistores de efecto de campo usando fuentes de voltaje pulsadas. Se han realizado medidas de microondas en dispositivos de tecnología HEMT’s y LDMOS poniendo en evidencia la diferencia entre el comportamiento estático y dinámico de dichos dispositivos. En base a las medidas se ha realizado un procesamiento de datos derivando una nueva ecuación con la capacidad de reproducir ambos tipos de comportamiento con elevada precisión y en diferentes puntos de operación. Consecuentemente el trabajo aporta un nuevo modelo basado en un circuito no lineal de cuatro terminales. La relevancia de este modelo es la capacidad de predecir los efectos físicos como la dispersión frecuencial y la movilidad electrónica del dispositivo semiconductor. Esto es importante pues la dispersión frecuencial es uno de los problemas más importantes de los sistemas de comunicación modernos que genera efectos memoria limitando la capacidad de transmitir señales de gran ancho de banda. El hecho de poder predecir la movilidad electrónica y la dispersión frecuencial ayudan al diseñador de circuitos a mejorar su calidad y tiempo de diseño. Además, permite a la industria de fabricación de componentes de RF ahorrar costos de producción pues esta técnica permite predecir el comportamiento de los circuitos antes de implementarlos. La metodología para la obtención del modelo compacto ha sido validada a través de la implementación de un amplificador de potencia en tecnología LDMOS usando la técnica propuesta. El modelo propuesto es abierto puesto que la nueva técnica propuesta se puede implementar en cualquiera de los modelos convencionales usados actualmente en el ámbito industrial y académico.

Abstract In this work presents an analysis of field effect transistors using pulsed voltage sources has been presented. Microwave measurements have been made in HEMT's and LDMOS technology devices highlighting the difference between the static and dynamic behavior of these devices. Based on measurements, data processing has been performed, deriving a new equation with the ability to reproduce both types of behavior with high precision and at different points of operation. Consequently, the work provides a new model based on a non-linear four-terminal circuit. The relevance of this model is the ability to predict physical effects such as frequency dispersion and electronic mobility of the semiconductor device. This is important because the frequency dispersion is one of the most important problems of modern communication systems that generates memory effects limiting the ability to transmit signals of high bandwidth. The fact of being able to predict the electronic mobility and the frequency dispersion help the circuit designer to improve their quality and design time. It also allows the RF component manufacturing industry to save production costs as this technique allows to predict the behavior of the circuits before implementing them. The presented methodology has been validated through the implementation of a power amplifier in LDMOS technology using the proposed technique. The proposed model is open since the proposed new technique can be implemented in any of the conventional models currently used in the industrial and academic field.

Resumo No presente artigo apresenta-se uma análise de transistores de efeito de campo usando fontes de voltagem pulsadas. Foram realizadas medidas de micro-ondas em dispositivos de tecnologia HEMT’s e LDMOS deixando em evidência a diferença entre o comportamento estático e dinâmico de tais dispositivos. Em base às medidas foi realizado um processamento de dados derivando uma nova equação com a capacidade de reproduzir ambos tipos de comportamento com elevada precisão e em diferentes pontos de operação. Consequentemente o trabalho aporta um novo modelo baseado em um circuito não lineal de quatro terminais. A relevância deste modelo é a capacidade de predizer os efeitos físicos como a dispersão frequencial e a mobilidade eletrônica do dispositivo semicondutor. Isto é importante pois a dispersão frequencial é um dos problemas mais relevantes dos sistemas de comunicação modernos que gera efeitos memória limitando a capacidade de transmitir sinais de grande largura de banda. O fato de poder predizer a mobilidade eletrônica e a dispersão frequencial ajudam ao desenhador de circuitos a melhorar sua qualidade e tempo de desenho. Além disso, permite à indústria de fabricação de componentes de RF economizar custos de produção pois esta técnica permite predizer o comportamento dos circuitos antes de implementá-los. A metodologia para a obtenção do modelo compacto tem sido validada através da implementação de um amplificador de potência em tecnologia LDMOS usando a técnica proposta. O modelo proposto é aberto já que a nova técnica proposta pode ser implementada em qualquer dos modelos convencionais usados atualmente no âmbito industrial e acadêmico.

Desenho de sustentação economicamente factível para a substituição de pilares em Mina Providencia, Antioquia - Etapa 1

Abstract Pillar replacement in mining works is a technique of using the pillars that are part of the support structures having a high degree of mineralization, which attracts economic interest. The technique consists of replacing the support pillars of the mineral matrix that contain appreciable and beneficial quantities of mineral by artificial pillars that provide geomechanical structure to the operations, generating support and safety benefits greater than or equal to those provided by the original pillars and thus maximizing the intrinsic economic value of the available rock in the operation. Based on the literature regarding design techniques for the assembly of pillars used in underground gold mining, daily and continuous field inspections were conducted for two months, taking the necessary data for the proposed design following ISRM standards for data collection. The proposed pillars must consider a set of operational economic requirements and meet the geomechanical performance required to guarantee the safety and stability of the site. The design consisted of a combination of two types of pillars, one of concrete and one of mesh, cables and sterile material (granodiorite and dyke). The measurements consisted of RMR determination, the dimensions of the current pillars, and the geomechanical condition using detailed scanlines. Subsequently, the information was refined and correlated, and the degree of fracture and safety factor of the original pillars versus those proposed in the new designs were calculated. As a result, the optimal design for the construction of the replacement pillars should have dimensions of 2 x 1.7 x 1.7 meters, achieving a safety factor of 1.36, complying with the geomechanical requirements of safety and stability and yielding a profit of 405 % as a cost-benefit ratio in replacing the original pillars by those proposed in the design; the sterile material and mesh pillars would have dimensions of 2 x 2 x 2 meters.

Resumen El remplazo de pilares en las faenas mineras es una técnica de aprovechamiento de los pilares que hacen parte de las estructuras de sostenimiento y que presentan un alto grado de mineralización de interés. La técnica consiste en el reemplazo de pilares de sostenimiento de roca propia del macizo y que además contiene cantidades apreciables y beneficiables de mineral, por unos pilares artificiales que proveen de la operación, prestaciones geomecánicas de sostenimiento y de seguridad mayores o iguales a las prestaciones entregadas por los pilares originales, maximizando así la captura de valores económicos embebidos en la roca presente de la operación. Partiendo de la recopilación literaria sobre la técnica de diseño para el armado de pilares utilizados en minería aurífera subterránea, se realizaron inspecciones de campo diarias y continuas durante dos meses, tomando los datos requeridos para el diseño, siguiendo estándares ISRM para la toma de datos. Los pilares propuestos deben responder a un conjunto de requerimientos económicos operacionales, y a las prestaciones geomecánicas requeridas para la garantía de la seguridad y de la estabilidad de la zona. Se planea diseñar una combinación de dos tipos de pilares, uno de concreto y otro con malla, cables y material estéril (granodiorita y dique); para esto se hicieron mediciones de: RMR, dimensiones de pilares actuales y estado geomecánico mediante líneas de rastreo. Posteriormente se depuró y correlacionó la información, realizando los cálculos requeridos para obtener el nivel de fracturamiento y factor de seguridad de los pilares originales versus los propuestos en los nuevos diseños. Como resultado se obtuvo que el diseño óptimo para la construcción de los pilares reemplazantes debe tener una dimensión de 2 x 1.7 x 1.7 metros. Con este diseño se alcanza un factor de seguridad de 1.36, cumpliendo con el requerimiento geomecánico de seguridad y de estabilidad y además obteniendo un porcentaje de ganancia de 405 % como relación costo de beneficio en el remplazo de los pilares por los propuestos en el diseño; los pilares de malla y estéril tendrían 2 x 2 x 2 metros.

Resumo A substituição de pilares nas operações mineiras é uma técnica de aproveitamento dos pilares que fazem parte das estruturas de sustentação e que apresentam um alto grau de mineralização de interesse. A técnica consiste na substituição de pilares de sustentação de rocha própria do maciço e que além disso, contém quantidades apreciáveis e beneficiáveis de mineral, por uns pilares artificiais que provêm, da operação, prestações geomecânicas de sustentação e de segurança maiores ou iguais às prestações entregadas pelos pilares originais, maximizando assim a captura de valores econômicos embebidos na rocha presente da operação. Partindo da recopilação literária sobre a técnica de desenho para o armado de pilares utilizados em mineração aurífera subterrânea, realizaram-se inspeções de campo diárias e contínuas durante dois meses, tomando os dados requeridos para o desenho, seguindo estândares ISRM para a tomada de dados. Os pilares propostos devem responder a um conjunto de requerimentos econômicos operacionais, e às prestações geomecânicas requeridas para a garantia da segurança e da estabilidade da zona. Planeja-se desenhar uma combinação de dois tipos de pilares, um de concreto e outro com malha, cabos e material estéril (granodiorito e dique); para isto foram realizadas medições de: RMR, dimensões de pilares atuais e estado geomecânico mediante linhas de rastreamento. Posteriormente se depurou e correlacionou a informação, realizando os cálculos requeridos para obter o nível de fratura e fator de segurança dos pilares originais versus os propostos nos novos desenhos. Como resultado se obteve que o desenho ótimo para a construção dos pilares substitutos deve ter uma dimensão de 2 x 1.7 x 1.7 metros. Com este desenho se alcança um fator de segurança de 1.36, cumprindo com o requerimento geomecânico de segurança e de estabilidade e, além disso, obtendo uma porcentagem de ganho de 405 % como relação custo benefício na substituição dos pilares por aqueles propostos no desenho; os pilares de malha e estéril teriam 2 x 2 x 2 metros.