Ingeniería

Applied Engineering in Times of Crisis: Building a Better World

Influence of Soils on Nutrient Transfer Dynamics at the Soil-Water Interface of a Tropical Reservoir

Resumen Contexto: La construcción de un embalse implica inundar diferentes tipos de suelo, lo cual genera un gradiente de concentración que favorece la transferencia de nutrientes desde el suelo hacia la columna de agua. Los suelos proveen al embalse una entrada importante de nutrientes, lo cual, junto con otras fuentes, contribuye a futuro al proceso de eutrofización. Método: Este estudio evaluó, bajo condiciones anóxicas, la dinámica de transferencia del nitrógeno y el fósforo en la interfase suelo-agua, empleando tres tipos de suelos, caracterizados previo al proceso de inundación de un embalse tropical. Los ensayos se realizaron por medio de ensayos batch, los cuales se monitorearon por periodos de 30 días. Resultados: Los resultados indicaron que la máxima concentración de fósforo en la interfase agua-suelo se alcanzó en el día 24, la de nitrógeno amoniacal en el día 15 y la de nitrato en el día 30, donde el suelo asociado a la cobertura vegetal rastrojo alto tuvo el mayor aporte de nutrientes en todos los ensayos. Conclusiones: Se comprobó que la transferencia de nutrientes está asociada con la degradación de la materia orgánica presente en los suelos y a la reducción del oxígeno disuelto, lo que favorece una mayor liberación de amonio del suelo al agua. Además, se encontró que el gradiente de transferencia fue proporcional al tipo de textura del suelo.

Abstract Context: The construction of a reservoir implies flooding different types of soil, which generates a concentration gradient that favors nutrient transfer from the soil to the water column. Soils provide the reservoir with an important nutrient input, which, along with other sources, contributes to the eutrophication process. Method: This study evaluated, under anoxic conditions, the dynamics of nitrogen and phosphorus transfer at a soil-water interface using three types of soil, which was prior to the flooding process of a tropical reservoir. Batch tests were carried out and monitored for periods of 30 days. Results: The results indicated that the maximum phosphorus concentration in the water-soil interface was reached on day 24, on day 15 for ammoniacal nitrogen, and on day 30 for nitrate, where the soil associated with the high plant cover Rastrojo (Ra) had the highest nutrient intake in all trials. Conclusions: It was found that the transfer of nutrients is associated with the degradation of organic matter present in soils, as well as with the reduction of dissolved oxygen, which favors a greater release of ammonia from the soil to the water. Furthermore, it was found that the transfer gradient was proportional to the type of soil texture.

Recovery and Incorporation of expanded polystyrene SolidWaste in Lightweight Concrete

Abstract Context: The high consumption of parts made from expanded polystyrene (EPS) generates environmental problems when disposed. Due to its low density and the low possibility of being utilized in other applications after its disposal, it is necessary to generate an alternative for the recovery and application of this type of waste. This work aims to generate an alternative in the application of EPS waste, particularly as a coarse aggregate in the manufacturing of lightweight concrete. Method: This study used discarded EPS containers as raw material. The material was cleaned, crushed and subsequently reduced in volume by applying acetone, generating pieces of polystyrene (R-PS) to be applied as a coarse aggregate for the manufacturing of lightweight concrete in different proportions. In addition, the pieces were subjected to a chemical attack process in order to observe their behavior. Results: The results show the degree of volume reduction of the EPS pieces by using different acetone ratios, establishing the best degree of reduction (in volume) of this material. Likewise, chemical attack tests show the behavior of R-PS against different agents in R-PS samples. Meanwhile, the failure tests on different concrete samples determine the best R-PS ratio as coarse aggregate for the manufacturing of lightweight concrete. Conclusions: The data obtained in this study show that the application of acetone on EPSW samples reduces its volume by up to 55 %. Concrete failure tests show that an optimum P-RS addition value, to be used as an aggregate in the manufacturing of lightweight concrete, is 7 %. This improves its resistance to chemical agents and weight reduction without significantly reducing the mechanical properties of concrete.

Resumen Contexto: El alto consumo de piezas fabricadas con poliestireno expandido (EPS, por sus siglas en inglés) genera problemas ambientales al desecharse debido a su baja densidad y la baja posibilidad de ser utilizado en otras aplicaciones posteriores a su desecho, lo cual hace necesario generar una alternativa de recuperación y aplicación de este tipo de residuos. Este trabajo tiene como objetivo generar una alternativa en la aplicación de residuos de EPS, en este caso, como agregado grueso en la fabricación de concreto liviano. Método: Este estudio utilizó recipientes de EPS desechados como materia prima. El material fue limpiado, triturado y posteriormente reducido su volumen mediante la aplicación de acetona, generando piezas de poliestireno (R-PS) para ser aplicado como agregado grueso para la fabricación de concreto liviano en diferentes proporciones. Además, las piezas fueron sometidas a un proceso de ataque químico para ver su comportamiento. Resultados: Los resultados muestran el grado de reducción de volumen las piezas de EPS mediante el uso de diferentes relaciones de acetona, estableciendo el mejor grado de reducción (en volumen) de este material. Asimismo, las pruebas de ataque químico muestran el comportamiento del R-PS ante diferentes agentes en las muestras de R-PS y las pruebas de falla sobre las diferentes muestras de concreto determinan la mejor relación R-PS como agregado grueso para la fabricación de concreto liviano. Conclusiones: Los datos obtenidos en este estudio muestran que la aplicación de acetona sobre las muestras de EPSW logra reducir su volumen hasta en un 55 %. Las pruebas de falla en concretos muestran que un valor de adición de P-RS óptimo a utilizar como agregado en la fabricación de concreto liviano es del 7 %, mejorando su resistencia ante agentes químicos y reducción de peso, sin reducir las propiedades mecànicas del concreto de forma significativa.

Analysis of Power and Torque Performance of a Diesel Engine Operating with Palm Biodiesel Blends

Resumen Contexto: Hay una tendencia en la sociedad moderna que se basa especialmente en el desarrollo de nuevos biocombustibles, direccionada específicamente hacia el campo de los motores de combustión interna, estableciéndose como punto central la pérdida de su rendimiento térmico. Este es uno de los principales retos, donde la investigación se dinamiza en forma compleja e importante. En este contexto,esta investigación fortalece este área del conocimiento y determina el comportamiento del desempeño de un motor monocilíndrico encendido por compresión con mezclas entre el diésel convencional y un biodiesel producido con técnicas innovadoras. Método: En este trabajo se realizó un análisis en un banco de pruebas para motores de combustión interna tipo Diésel, donde se caracterizó y se determinó la eficiencia del motor utilizando diésel y diferentes mezclas como la B2, B5, B10, B20, B50 y B100, el número determina el porcentaje de biodiésel en la mezcla. El biodiésel utilizado contó como base el aceite de palma africana y se obtuvo por medio de la tecnología de radiación por microondas. Estas pruebas fueron realizadas utilizando la norma SAE J1349. La toma de datos como potencia, torque, consumo de combustibles y temperatura indicaron el desempeño del motor, lo que a su vez determinó los efectos de los diferentes combustibles en estudio. Resultados: Al desarrollar las pruebas y realizar su análisis se evidenció que para todas las mezclas analizadas, la combustión ocurrió sin complicaciones; además de esto, al incrementar el porcentaje de biocombustible en la mezcla, el consumo de combustible reportó aumentos mayores o iguales al 20% del consumo de combustible, así como pérdidas de potencia en el rango del 40 %. Por lo tanto, el uso tecnología con microondas se mostró más eficiente para su producción. Conclusiones: Con la metodología aplicada, se determinó que, para la mezcla B20, los valores de la potencia fueron los más estables en términos de rendimiento térmico. En el contexto del comparativo de los combustibles patrón, diésel colombiano y venezolano, sometidos bajos las mismas condiciones de operación, se obtuvo que el combustible tipo diésel venezolano presenta mejores características de rendimiento en cuanto a su potencia, torque y estabilidad térmica. Con respecto al consumo específico del combustible obtenido, se observa el aumento con mayor porcentaje de mezcla de biodiésel, esto directamente proporcional a la pérdida de potencia.

Abstract Context: There is a trend in modern society that is based especially on the development of new biofuels, specifically oriented towards the field of internal combustion engines, establishing the loss of their thermal performance as a central point. This is one of the main challenges, where research is dynamized in a complex and important way. In this context, this research strengthens this area of knowledge and determines the performance behavior of a single-cylinder engine ignited by compression with mixtures between conventional diesel and biodiesel produced with innovative techniques. Method: In this work, an analysis was made in a test bench for Diesel internal combustion engines, where the efficiency of the engine was characterized and determined, using Diesel and different mixtures such as B2, B5, B10, B20, B50 and B100, whose number determines the percentage of biodiesel in the mixture. The employed biodiesel was based on African palm oil and was obtained by means of microwave radiation technology. These tests were performed using the SAE J1349 standard. Data collection of factors such as power, torque, fuel consumption, and temperature, indicated engine performance, which in turn determined the effects of the different fuels under study. Results: During the development of the tests and their analysis, it was evidenced that, for all the analyzed mixtures, combustion took place without complications. Additionally, when the percentage of biofuel in the mixture, fuel consumption reported increases greater or equal to 20 %, as well as power losses in the range of 40 %. Therefore, the use of microwave technology was shown to be more efficient for production. Conclusions: With the applied methodology, it was determined that, for the B20 mixture, power values were the most stable in terms of thermal efficiency. In the context of the comparison of standard fuels, Colombian and Venezuelan diesel, under the same operating conditions, it was seen that the Venezuelan diesel-type fuel has better performance characteristics in terms of power, torque, and thermal stability. With respect to the specific consumption of the obtained fuel, the increase is observed with a higher percentage of biodiesel mixture, this being directly proportional to power loss.

Knowledge Base Model for Security Audits inWeb Services with SQL Injection

Resumen Contexto: Debido a la gran cantidad de ciberataques a nivel internacional y nacional (Colombia), se han activado mecanismos y procedimientos preventivos en las organizaciones para contrarrestar estas vulnerabilidades en la seguridad de la información. El tema de este proyecto surge de la necesidad de hacer una propuesta a la oficina de seguridad de la información de la DIAN para implementar y dar seguimiento a la estrategia de Gobierno en línea de MinTIC en el componente de seguridad de la información y privacidad, ello a través de la política de seguridad de la información institucional y de este conocimiento aplicado al modelo base para auditorías en servicios web, aplicado a un prototipo particular. Método: La metodología general para el modelo base de conocimiento incluye dos partes del trabajo. La primera corresponde a la recolección, procesamiento y purificación de la base. La segunda corresponde al proceso de tematización del sistema del modelo propuesto. OpenKM (un software abierto) se implementó para sustentar la base de conocimiento. Para el desarrollo de la auditoría es importante tener en cuenta que dentro de la metodología general se incluyeron una serie de guías en cada una de las fases del modelo. El proyecto utiliza estándares, buenas prácticas, herramientas y asesoramiento profesional como ISO27000, OSSTMM, OWASP, JUnit y las guías de gestión de riesgos y auditoría emitidas por el MinTIC. Para el desarrollo del prototipo con el WS a exponer, se utilizó el método OPENUP. La implementaci ón se limitó a la construcción de dos métodos HTTP, GET y POST para consultas y acciones de entrada de información. Resultados: Con este proyecto fue posible crear un modelo de base de conocimiento implementado en OpenKM, ejecutando una auditoría de seguridad de servicios web con inyección de SQL en un prototipo organizacional. Conclusiones: Se debe tener en cuenta que nunca habrá una infraestructura 100% segura, ya que siempre habrá riesgos en las plataformas debido a la naturaleza cambiante de los ataques. Sin embargo, siempre habrá alternativas como esta, un modelo base de auditoría de seguridad de la información para evitar o mitigar tales riesgos o ataques.

Abstract Context: Due to the large number of cyber-attacks at international and national levels (Colombia), preventive mechanisms and procedures have been triggered by organizations in order to counteract vulnerabilities in information security. The issue studied by this project arises from the need to make a proposal to the DIAN information security office to implement and follow up on the MinTIC Online Government Strategy in the Information Security and Privacy component, through the institutional information security policy and through this knowledge base model for audits in web services, applied to a particular prototype. Method: The general methodology for the knowledge base model the first corresponds to the collection, processing, and purification of the base, and the second corresponds to the systematization process of the proposed model. OpenKM (an open software) was implemented to support the knowledge base. For the development of the audit, it is important to keep in mind that, within the general methodology, a series of guides were included in each of the phases of the model. The project uses standards, good practices, tools, and professional advice such as ISO27000, OSSTMM, OWASP, JUnit, and the Risk Management and Audit guides issued by MinTIC. For the development of the prototype with the presented WS, the OPENUP method was used. The implementation was limited to the construction of two HTTP methods: GET and POST for consultation and information entry actions. Results: With this project, it was possible to create a knowledge base model implemented on OpenKM, executing a web services security audit with SQL Injection on an organizational prototype. Conclusions: It must be taken into account that there will never be a 100% secure infrastructure, since there will always be risks on the platforms due to the changing nature of the attacks. However, there will always be alternatives such as this base model of information security auditing to avoid or mitigate such risks or attacks.

Analysis for Selection of Battery-Based Storage Systems for Electrical Microgrids

Resumen Contexto: En la implementación de una microrred, la parte más costosa es el sistema de almacenamiento de energía, el cual, en la mayoría de casos, está conformado por baterías. Diferentes autores, motivados por reducir los costos de implementación y permitir el uso generalizado de las microrredes, han dedicado sus esfuerzos a desarrollar técnicas y topologías de microrred para optimizar el sistema de almacenamiento de energía, buscando el compromiso entre vida útil, mantenimiento e inversión inicial. Método: El objetivo del presente artículo es presentar los criterios de selección que se utilizan para escoger el tipo de batería en una microrred, siendo estos suficientes para asegurar la viabilidad económica a lo largo del ciclo de vida del sistema. Para alcanzar dicho objetivo, se consultaron artículos indexados en revistas de contenido científico y de ingeniería, clasificando los criterios en dos grupos: criterios técnicos y criterios técnico-económicos. Resultados: Se pudo establecer que los criterios aseguran el cumplimiento de las características técnicas que requiere el usuario final de la microrred, pero no consideran la operación del sistema de almacenamiento a lo largo de la vida útil. En contraste, los criterios técnico-económicos permiten garantizar el funcionamiento del sistema de almacenamiento de la microrred a lo largo de toda la duración del proyecto. Conclusiones: La clasificación de criterios en este artículo es una guía que permite motivar el avance de investigaciones para de establecer metodologías que garanticen costos de implementación viables a nivel de microrredes, partiendo del análisis técnico-económico del sistema de almacenamiento.

Abstract Context: In the implementation of a microgrid, the most expensive element is the energy storage system, which consists of batteries in most cases. Different authors, motivated to reduce the implementation costs that allow the widespread use of microgrids, have dedicated their efforts to develop techniques and topologies for microgrids, in order to optimize the energy storage system, seeking the compromise between useful life, maintenance, and initial investment. Method: The objective of this paper is to present the selection criteria used to select the type of battery in a microgrid, these being sufficient to ensure economic viability throughout the entire lifecycle of the system. To achieve this objective, papers indexed in journals of scientific and engineering content were consulted, classifying the criteria into two groups: technical criteria and technical-economic criteria. Results: It was established that the criteria ensure compliance with the technical characteristics required by the end-user of the micro-network, but they do not consider the operation of the storage system throughout its useful life. In contrast, the technical-economic criteria allow guaranteeing the operation of the microgrid storage system throughout the entire duration of the project. Conclusions: The classification of the criteria in this paper is a guide that allows motivating the progress of research to establish methodologies that guarantee viable implementation costs at the microgrid level, based on the technical-economic analysis of the storage system.

Comparative Study of a Regenerative Braking System and Regeneration with Constant Kinetic Energy in Battery-based Electric Vehicles

Resumen Contexto: El incremento constante en el uso de vehículos eléctricos a nivel mundial ha motivado investigaciones para mejorar la autonomía de los mismos frente vehículos de combustión tradicionales. Este artículo presenta el estudio de un sistema de carga de batería para vehículos eléctricos basado en el movimiento constante del sistema de tracción. Método: Se realiza una evaluación sobre un sistema de regeneración de energía cinética constante para aumentar la autonomía de vehículos eléctricos. Esto se logra mediante la validación de un modelo matemático de consumo de energía de un vehículo eléctrico de batería con sistema de freno regenerativo, comparando mediante simulaciones los estados de consumo y carga entre los dos sistemas de recuperación de energía. Resultados: El vehículo con un sistema de regeneración por movimiento constante consumió 42,9% más de potencia que utilizando freno regenerativo, debido a que el nuevo sistema aumentó la masa total en el vehículo. Dicho aumento de masa, hace que se deba consumir mayor potencia por parte del sistema de tracción para mover el vehículo. Conclusiones: El sistema convencional de freno regenerativo resulta más favorable respecto al sistema de regeneración por energía cinética propuesto, excepto en tramos de velocidad constante y aceleración cero.

Abstract Context: The constant increase in the use of electric vehicles worldwide has motivated research to improve their autonomy compared to traditional combustion vehicles. This article presents the study of a battery charging system for electric vehicles based on the constant movement of the traction system. Method: An evaluation is carried out on a constant kinetic energy regeneration system to increase the autonomy of electric vehicles. This is achieved through the validation of a mathematical energy consumption model of a battery-based electric vehicle with a regenerative brake system, comparing the results of consumption and load states between the two energy recovery systems by means of simulations. Results: The vehicle with constant motion regeneration system consumed 42,9% more power than the one using a regenerative brake because the new system increased the total mass in the vehicle. This increase in mass means that more power must be consumed by the traction system to move the vehicle. Conclusions: The conventional regenerative brake system is more favorable with respect to the proposed regeneration system for kinetic energy, except in constant speed and zero acceleration sections.

Mathematical Model for Centralized Supply Chains with Decisions Involving Shared Resources

Abstract Context: Cooperation in supply chain management is an important issue considering the global performance of the different echelons of a specific supply chain. In this sense, applying logistic strategies such as VMI (Vendor Managed Inventory) allows a system to manage distribution processes from a central point or depot. Additionally, the components of the chain work more closely with it, which allows increasing global performance, instead of individually developing each sector. Method: A stochastic mathematical model is proposed which considers a network of customers, where products are delivered from a central depot. These customers can share part of their product with the central depot for redistribution, aiming to minimize shortage for other customers. A mathematical model is proposed which includes the elements involved in distribution processes. It is then reformulated to consider shortage and the linearization of some of its elements. Results: Results show that implementing or adapting logistic strategies, such as managing from a central point and sharing resources along the supply chain, allows companies to reduce the complexity of some decisions and improve performance. Conclusions: Implementing logistic strategies such as centralized management and sharing resources along a supply network allows companies to reduce the complexity of some decisions and, in turn, improve their performance.

Resumen Contexto: La cooperación en la administración de las cadenas de suministro es un factor importante si se tiene en cuenta el desempeño global de los diferentes sectores de una cadena específica. En este sentido, aplicar estrategias logísticas como el VMI (Vendor Managed Inventory) permite a un sistema administrar los procesos de distribución desde un punto o depósito central. Asimismo, los componentes de la cadena trabajan más de cerca con la misma, lo cual permite incrementar el desempeño global, en vez de desarrollar cada sector individualmente. Método: Se propone un modelo estocástico que considera una red de clientes, donde el envío de productos se realiza desde un depósito central. Los clientes de esta red pueden compartir parte de su producto con el depósito central para redistribución, en aras de minimizar los faltantes de otros clientes. Se propone un modelo matemático que incluye los elementos involucrados en los procesos de distribución, que después se reformula para considerar el faltante y la linearización del algunos de sus elementos. Resultados: Los resultados muestran que implementar o adaptar estrategias logísticas, tales como la administración desde un punto central y compartir los recursos a través de la cadena de suministro, permite a las compañías reducir la complejidad de algunas decisiones y mejorar su desempeño. Conclusiones: La implementación de estrategias logísticas tales como la administración centralizada y el uso de recursos compartidos a través de una red de suministro permite a las compañías reducir la complejidad de algunas decisiones y, a su vez, mejorar el desempeño global.

Optimal Placement of Capacitors, Voltage Regulators, and Distributed Generators in Electric Power Distribution Systems

Abstract Context: With the advent of the smart grid paradigm, electrical distribution network (EDN) operators are making efforts to modernize their power grids through the optimal implementation of distributed generators (DGs) and other devices such as capacitors (CAs) and voltage regulators (VRs). The optimal allocation of such devices is a challenging task involving discrete and integer decision variables. Method: This paper presents an approach for the optimal placement of CAs, VRs and DGs in EDNs. The distinctive feature of the proposed model is the fact that it can be used to optimize the allocation of all of these elements together, in pairs, or separately. The optimal implementation of these elements is formulated as a mixed integer nonlinear programming (MINLP) problem, and it is solved by means of a specialized genetic algorithm (SGA). Results: The proposed methodology was tested on the IEEE 69-bus test system. The results were compared with previous works from the specialized literature, showing the effectiveness and robustness of the model. Conclusions: It was found that the appropriate allocation of CAs, VRs, and DGs results in a significant power loss reduction. It was also found that the proposed model is faster than other techniques proposed in the specialized literature.

Resumen Contexto: Con la llegada del paradigma de las redes inteligentes, los operadores de redes de distribución eléctrica (RDE) están haciendo esfuerzos para modernizar sus redes a través de la implementación óptima de generadores distribuidos (GDs) y otros dispositivos como condensadores (CAs) y reguladores de tensión (VRs). La ubicación óptima de estos dispositivos es una tarea desafiante que involucra variables de decisión discretas y enteras. Método: Este artículo presenta una metodología para la colocación óptima de CAs, VRs y GDs en RDEs. La característica distintiva del modelo propuesto es el hecho de que se puede utilizar para optimizar la ubicación de todos estos elementos a la vez, en pares o por separado. La implementación óptima de estos elementos se formula como un problema de programación no lineal de enteros mixta (PNLEM), y se resuelve mediante un algoritmo genético especializado (AGE). Resultados: La metodología propuesta se probó en el sistema de prueba IEEE de 69 barras. Los resultados se compararon con trabajos previos de la literatura especializada, mostrando la efectividad y robustez del modelo. Conclusiones: Se encontró que la ubicación adecuada de CAs, VRs y GDs resulta en una reducción importante de pérdidas de energía. También se encontró que el modelo propuesto es más rápido que otras técnicas propuestas en la literatura especializada.

The Sustainable Supply Chain: Concepts, Optimization and Simulation Models, and Trends

Abstract Context: The environmental and social dimensions of performance are of great importance, given that they must be incorporated into strategic, tactical, and operational objectives in companies and supply chains to minimize negative impacts on the environment and society. Method: After reviewing the Scopus, Web of Science, and ScienceDirect databases for the topics of sustainability and supply chain management, a state of the art of green and sustainable supply chain management is presented, aiming to guide readers towards a synthesis of related concepts and future lines of research. Results: The reader is introduced to concepts and trends around the field of green and sustainable supply chain management to raise interest in new research and practices to guide the implementation of sustainability in organizations and their supply chains. Conclusions: Sustainable supply chain management still faces several academic and practical challenges in terms of implementation, performance measurement, and how models can capture a dynamic and uncertain social and environmental context. There are latent research issues such as management of the circular supply chain, applications in emerging economies, or the application of 4.0 technologies.

Resumen Contexto: Las dimensiones ambiental y social del desempeño son de gran importancia, puesto que deben ser incorporadas a los objetivos estratégicos, tácticos y operativos de las empresas y cadenas de suministro para minimizar los impactos negativos sobre el medio ambiente y la sociedad. Método: Tras haber consultado los temas de sostenibilidad y gestión de la cadena de suministro en las bases de datos Scopus, Web of Science y ScienceDirect, se presenta el estado del arte en gestión de la cadena de suministro verde y sostenible, esperando guiar a los lectores hacia una síntesis de conceptos relacionados y futuras líneas de investigación. Resultados: Se introduce al lector a conceptos y tendencias en el campo de gestión de la cadena de suministro verde y sostenible para despertar el interés en nuevas investigaciones y prácticas para guiar la implementación de la sostenibilidad en organizaciones y sus cadenas de suministro. Conclusiones: La gestión sostenible de la cadena de suministro aún enfrenta varios retos académicos y prácticos, desafíos en términos de implementación, medición del desempeño y la manera en que los modelos pueden capturar un contexto social y ambiental dinámico e incierto. Hay cuestiones de investigación latentes como la gestión de la cadena de suministro circular, las aplicaciones en economías emergentes o la aplicación de tecnologías 4.0.

Analysis, Design, and Multi-physics Simulation of a Terahertz Photoconductive Antenna Using the Finite Element Method

Abstract Context: The study of nanotechnology has shown great advances, which include research and exploration of the TeraHertz (THz) region, where one of the most common approaches is the use of photoconductive antennas (PCA) due to the intrinsic properties of their emission the non-destructive nature of this type of radiation. Method: This paper describes the concept of antenna its radiation principles, the mathematical foundations, the material used for radiation, and the adjustment of the parameters to find a result of the pulse in THz by using the finite element method, accessible in the COMSOL Multiphysics software. Results: The result of a computational modeling is presented, which studies the behavior of a PCA, where the input of the chosen model corresponds to the geometry and material of the antenna, thus showing the concentration of the electric field in the GAP zone of the dipole and the substrate of the semiconductor. Conclusions: Given the theoretical foundations that describe the behavior of PCAs in THz, it was possible to configure parameters such as the geometry of the antenna, the laser to be used, and the construction materials to achieve the generation of a photocurrent peak in the order of 0,1-1,2 THz.

Resumen Contexto: El estudio de la nanotecnología ha mostrado grandes avances que incluyen la investigación y exploración de la región Terahertz (THz), donde uno de los enfoques más comunes es el uso de antenas fotoconductoras (PCA) debido a las propiedades intrínsecas de su emisión y a la naturaleza no destructiva de este tipo de radiación. Método: Este artículo describe el concepto de antena, sus principios de radiación, los fundamentos matemáticos, el material utilizado para la radiación y el ajuste de los parámetros para encontrar un resultado del pulso en THz mediante el uso del método de elementos finitos, accesible en el software COMSOL Multiphysics. Resultados: Se presenta el resultado de un modelado computacional que estudia el comportamiento de una PCA, donde la entrada del modelo escogido corresponde a la geometría y al material de la antena, mostrando así la concentración del campo eléctrico en la zona GAP del dipolo y del substrato del semiconductor. Conclusiones: Dados los fundamentos teóricos que describen el comportamiento de las PCA en THz, fue posible configurar parámetros como la geometría de la antena, el láser a usar y los materiales de construcción para lograr la generación de un pico de fotocorriente en el orden de 0,1-1,2 THz.

Design of a Troubleshooting Digital Test Bench for the Beechcraft King C-90, 200, B200, 300 and 350 Aircraft GCU

Abstract Context: The Colombian Army’s First Aircraft Maintenance Battalion must periodically test the performance of Generator Control Unit (GCU) on its Beechcraft King Air aircraft, which compels the operator to assume uncomfortable and non-ergonomic physical positions. This article proposes the use of a portable digital troubleshooting test bench for these units that facilitates the taking of measurements, the interpretation of the acquired information, and the technical reports. Method: The Integrate, Innovation, Process model (IIP) for the development of aviation technology innovation projects was used to design the test bench. Then, its functional modules were defined, and voltage and impedance measurement devices, an internal report storage system, and the user interface were included. Tests were conducted together with technical operators on the available Beechcraft King C-90, 200, B 200, 300, and 350 series aircraft. Finally, a technical report was elaborated to validate the test bench results. Results: The number of operators required to carry out the tests was reduced from four to one. The digital test bench only requires the connection of measurement harnesses by the operator, so it allows an improvement in ergonomics for the personnel. Using the bench, the review and evaluation time of the GCU was reduced from 120 minutes to 26 minutes, which implies an 86,66% decrease in fuel consumption. Conclusions: By using the digital troubleshooting test bench, the number of operators needed and the checkup and assessment times of the GCU were reduced, which means a decrease in fuel expenses. Its ease of transportation allows aircraft to be checked outside the Maintenance Battalion hangars, but the implementation of a USB port to store the reports should be considered.

Resumen Contexto: El Batallón de Mantenimiento de Aviación No. 1 del ejército colombiano debe realizar pruebas periódicas del funcionamiento de la Unidad de Control de Generado en sus aeronaves Beechcraft King Air, que obligan al operador a asumir posiciones físicas incómodas y no ergonómicas. Este artículo propone el uso de un banco portátil digital de solución de problemas para estas unidades que facilite la toma de medidas, la interpretación de la información adquirida y la generación de informes técnicos. Método: Para el diseño del banco de pruebas se usó el modelo integrado Integrate, Innovation, Process (IIP) para el desarrollo de proyectos de innovación en tecnología para la aviación. Posteriormente, se establecieron los módulos funcionales del banco y se incluyeron dispositivos de medición de tensiones e impedancias, el sistema de almacenamiento interno de informes y la interfaz de usuario. Se realizaron pruebas junto con operadores técnicos en las aeronaves disponibles de la serie Beechcraft King C-90, 200, B 200, 300 y 350. Finalmente, se elaboró un informe técnico de validación de los resultados del banco. Resultados: Se redujo la cantidad de operarios necesarios para el desarrollo de las pruebas de cuatro a uno. El banco de pruebas digital solo requiere la conexión de arneses de medida por parte del operador, lo que permite una mejora en la ergonomía del personal. Con el uso del banco se disminuye el tiempo de revisión y valoración de la GCU de 120 minutos a 26 minutos, lo cual, a su vez, representa una disminución del 86,66% en consumo de combustible. Conclusiones: Con el uso del banco de pruebas digital de solución de problemas, se redujo la cantidad de operarios necesarios y los tiempos de revisión y valoración de la GCU, lo cual representa una disminución en los gastos en combustible. Su facilidad de transporte del banco permite revisión de las aeronaves fuera de los hangares del Batallón de Mantenimiento, pero se debe contemplar la implementación de un puerto USB para almacenar los informes.

Application of a Supervised Learning Model to Analyze the Behavior of Environmental Variables in a Coffee Crop

Abstract Context: The collection and storage of data on environmental variables in a coffee crop, through wireless sensor networks allow the transformation of said data and the application of a supervised learning model to establish its behavior. Method: For the present work, an architecture of 3 wireless sensor nodes was developed. Each node consists of a Lucy3 programmable card, to which the temperature, environmental humidity, and soil moisture sensors were connected. The measurement terrain is located in El Cortijo coffee farm. Measurements were made over a period of two weeks, three hours a day, sending the information from the nodes described above to a gateway that then transmitted the information to a base station. Finally, the data was loaded on an online platform for transformation and predictive analytics through a supervised learning model. Results: The tests allowed demonstrating the effectiveness of the design of the wireless network in the collection and transmission of data. It was later found that the application of the supervised learning model through the analysis of classification with decision trees allowed predicting the behavior of the variables, which were evaluated in specific time frames and conditions. Conclusions: By applying predictive models, the conditions of the crop can be improved, allowing the yield of the analyzed variables to be optimized, thus minimizing the loss of resources and improving the efficiency of processes such as sowing and harvesting the grain.

Resumen Contexto: La recolección y almacenamiento de datos sobre variables medioambientales en un cultivo de café mediante el uso de redes inalámbricas de sensores permiten transformar dichos datos y aplicar un modelo de aprendizaje supervisado para establecer su comportamiento. Método: Para el presente trabajo, se desarrolló una arquitectura con 3 nodos sensores inalámbricos. Cada uno consistía en una tarjeta programable Lucy3, a la cual se conectaron sensores de temperatura, humedad ambiental y humedad del suelo. El terreno de medición se encuentra ubicado en la finca de café El Cortijo, y las mediciones se realizaron durante un período de dos semanas, tres horas al día, enviando la información de los nodos descritos anteriormente a un Gateway que luego transmitió la información a una estación base. Finalmente, los datos se cargaron en una plataforma en línea para transformación y análisis predictivo a través de un modelo de aprendizaje supervisado. Resultados: Las pruebas realizadas permitieron demostrar la efectividad del diseño de la red inalámbrica en la recolección y transmisión de datos. Además se encontró que la aplicación del modelo de aprendizaje supervisado a través del análisis de clasificación con árboles de decisión permitió predecir el comportamiento de las variables evaluadas en plazos y condiciones específicas. Conclusiones: Mediante la aplicación de modelos predictivos se pueden mejorar las condiciones del cultivo, lo que permite optimizar el rendimiento de las variables analizadas, minimizar la pérdida de recursos y mejorar la eficiencia de procesos como la siembra y la cosecha del grano.

Design and Prototyping of an Electronic Cane for an Indoor Guide System for the Blind

Abstract Context: Blindness is a physical-sensory disability that limits the ability of affected people to carry out daily-life activities and deteriorates their quality of life. It is estimated that there are 296.000 blind people throughout the Colombian territory. Method: This article presents the development of an electronic baton that works with a system of guiding lines and information points, together with an application for mobile devices. This research is based on the quantitative method, seeking to investigate the characteristics of the device in terms of its use. A descriptive investigation is performed which can be classified as ex post facto. Results: As a result, a device is developed which can guide a blind person to their destination in closed areas, although the time used for movement is greater compared to a journey with human assistance. Conclusions: There are solutions aimed at guiding a blind person in closed spaces that achieve this goal, although they require bulky hardware, which prevents the dimensions of the device from resembling those of the walking sticks normally used as a tool by the blind population. This limits the natural use of this kind of devices.

Resumen Contexto: La ceguera es una discapacidad de tipo físico-sensorial que limita la capacidad de las personas afectadas para realizar actividades de la vida diaria y deteriora su calidad de vida. Se estima que hay 296.000 ciegos en todo el territorio colombiano. Método: Este artículo presenta el desarrollo de un bastón electrónico que funciona con un sistema de líneas guía y puntos de información junto con una aplicación para dispositivos móviles. Esta investigación parte del método cuantitativo y busca indagar sobre las características del dispositivo en cuanto a su uso. Se desarrolla una investigación descriptiva que puede catalogarse de ex post facto. Resultados: Como resultado se desarrolla un dispositivo capaz de guiar a una persona invidente a su destino en recintos cerrados, si bien el tiempo utilizado para el desplazamiento es mayor en comparación con un recorrido con asistencia humana. Conclusiones: Existen soluciones orientadas a guiar a una persona invidente en espacios cerrados que cumplen con este objetivo, aunque requieren un hardware voluminoso, lo que impide que las dimensiones del dispositivo se asemejen a las de los bastones normalmente usado como herramienta por la población invidente. Esto limita el uso natural de este tipo de dispositivo.

Electronic Device for Satellite Backup of Automatic Vehicle Location Equipment Using the Iridium Network

Abstract Context: This paper presents the design and development of an electronic device that operates as a satellite backup channel for automatic vehicle location (AVL) equipment, whose only communication channel is the cellular network. Method: The design, manufacture and assembly of the hardware followed 4 phases, and it was aligned with the IPC 2221 standard. This allowed improving the design experience and guaranteed the correct electrical operation in the final product. Results: The information sent by the developed device corresponds to the data generated by the AVL device, which indicates that the information processing was correctly designed. Additionally, it was possible to obtain a functional and versatile device in which the blocks were correctly integrated; its firmware was designed to receive future updates that improved and expanded its capacity and compatibility with other devices. Conclusions: The final product, which works with the Iridium network, seeks to satisfy the technological requirements of the freight transport sector in Colombia with a low-cost, versatile, and easily integrated solution. The implementation of this type of technologies expands the capacity of tracking mobile assets, even in places where there is no cellular network coverage.

Resumen Contexto: Este articulo presenta el diseño y desarrollo de un dispositivo electrónico, que funciona como canal de respaldo satelital para equipos de localización vehicular automática (AVL), cuyo único canal de comunicación es la red celular. Método: El diseño, fabricación y ensamblaje del hardware siguió cuatro fases y estuvo alineado con el estándar IPC 2221. Esto permitió mejorar la experiencia del diseño y garantizó el correcto funcionamiento eléctrico en el producto final. Resultados: La información enviada por el dispositivo desarrollado corresponde a los datos generados por el dispositivo AVL, lo que indica que el procesamiento de la información fue diseñado correctamente. Además, fue posible obtener un dispositivo funcional y versátil cuyos bloques se integraron correctamente; su firmware fue diseñado para recibir futuras actualizaciones que mejoraran y ampliaran su capacidad y compatibilidad con otros dispositivos. Conclusiones: El producto final, que opera con la red Iridium, busca satisfacer las necesidades tecnológicas del sector de transporte de carga en Colombia con una solución versátil, de bajo costo y de fácil integración. Con el uso de este tipo de tecnologías, se amplía la capacidad de rastrear activos móviles, aun en zonas donde no existe cobertura de redes celulares.