Ingeniería y Universidad

Influencia del control de flujo (tasa declinante y tasa constante) sobre el proceso de filtración en el tratamiento de agua potable

Quick filtration is an important and complex process within the conventional treatments of water purification, since it is the final physical barrier to retain particles and control the microbiological risk. This study evaluated the influence of flow control on the filtration process of the clarified water of the Cauca River on the city of Cali - Colombia (Puerto Mallarino Water Treatment Plant) at pilot scale. Operation's results of the pilot plant on a declining rate condition were compared with the results of the previous operation at constant rate; the operational control variables of the filters were turbidity of the filtered water and load loss. In general, the declining rate operation allowed a better performance of filters, resulting in a lower turbidity in filtered water during the period of maximum efficiency and a better outcome of the load loss, behavior that is associated with a better distribution of solids on the filter media, which allows to reduce the risk of transfer of particles through the filter.

La filtración rápida es un proceso complejo e importante dentro de los tratamientos convencionales de agua para potabilización, ya que es la última barrera física para retener partículas y controlar el riesgo microbiológico. En este estudio se evaluó a escala piloto la influencia del control de flujo en el proceso de filtración del agua clarificada del río Cauca -planta de potabilización Puerto Mallarino de la ciudad de Cali, Colombia-. Los resultados de la operación a tasa declinante se compararon con los resultados de la operación previa de la planta piloto en la modalidad de tasa constante, las variables de control operacional de los filtros fueron turbiedad del agua filtrada y la pérdida de carga. En general, la operación a tasa declinante permitió un mejor desempeño de los filtros, pues se obtuvo una menor turbiedad en el agua filtrada durante el periodo de máxima eficiencia y una mejor evolución de la pérdida de carga. Tal comportamiento está asociado a una mejor distribución de los sólidos sobre el medio filtrante, lo que permite reducir el riesgo de traspaso de partículas a través del filtro.

Plataforma robótica para la rehabilitación de miembros superiores

Background: Robot-assisted therapy or exoskeleton is an active mechanical device that can be easily adjusted to fit a different patient limb length, and is able to coordinate and amplify movements. The aim of this study focuses on developing a robotic training system and quantification methods for upper limbs rehabilitation in clinic environments to be used in survivor stroke patients with motor disorders or loss of physical strength on one side of the body. Methods: From an integrated approach, a design of one exoskeleton is presented which allows patients perform complex movements in four degrees of freedom (DOF) rehabilitation system. The system is controlled by means of user interface developed with Lab view v8.6 software that supports control and user interaction with the exoskeleton; so it's possible for therapist to modify the patient routine including new movements and a number of repetitions in articulating joints of shoulder, elbow and wrist. On other hand system permits bio-feedback of electromyogram patient activity during rehabilitation sessions. Results: Biomechanical analyses and structure design, implementation of power systems, the development of the control system and user interface as well as its integration with the mechanical system is presented. Conclusions: A robot arm exoskeleton device with four DOF; able to develop complex, accurate and repetitive therapeutic routines for articulating joints of shoulder, elbow and wrist trough an interface is shown. The device permits to follow chronologically patient outcomes recording the electromyogram activity during rehabilitation progress.

Introducción: Un exoesqueleto se conceptualiza como un mecanismo estructural externo cuyos segmentos y articulaciones se corresponden con las del cuerpo humano y es capaz de coordinar y amplificar sus movimientos. El objetivo del trabajo se enfoca en desarrollar una tecnología de plataforma robótica de asistencia y métodos de cuantifica-ción para la rehabilitación motora de miembros superiores en ambientes clínicos y ambulatorios para pacientes con afecciones motoras como resultado de enfermedades cerebro-vasculares. Métodos: Se presenta a partir de una concepción integradora el diseño del prototipo de un exoesqueleto que permite al paciente realizar movimientos combinados a partir de los cuatro grados de libertad que provee el dispositivo de rehabilitación. El sistema es controlado por medio de una interfaz de usuario desarrollada en Labview, que soporta el control e interacción del usuario con el exoesqueleto, lo cual posibilita que el terapeuta puede modificar la rutina que debe realizar el paciente incluyendo nuevas trayectorias y el número de repeticiones a seguir por el exoesqueleto en las articulaciones de hombro, codo y muñeca. Adicionalmente, posibilita la retroalimentación visual de la actividad electromiográfica del paciente durante la rehabilitación. Resultados: Se presenta el diseño mecánico de la armadura, la implementación de los sistemas de potencia, el desarrollo del sistema de control y de la interfaz de usuario, así como su integración con el sistema mecánico. Conclusiones: Se desarrolla y pone en funcionamiento una avanzada plataforma robótica capaz de desarrollar diversas rutinas terapéuticas combinando 4 grados de libertad en hombro, codo y muñeca, capaz de controlar a través de la interfaz desarrollada desplazamientos regulados, exactos y repetitivos, así como seguir cronológicamente la evolución del paciente registrando la actividad mioeléctrica durante el proceso de rehabilitación.

Influencia del tamaño de la falla en la capacidad de carga del tendón supraespinoso

Supraspinatus tendon tearing is one of the most common injuries of the rotator cuff. This study aims to evaluate the effect of a full-thickness tear on the load bearing capacity of the supraspinatus tendon and to estimate the tear size at which the tendon cannot withstand physiological load. This study introduces a single value parameter, Strength Index (SI), which was estimated from a numerical model of the tendon with an increasing tear size. Critical Tear Size (CTS), defined as the tear size at which the tendon is unable to withstand maximal physiological load, was also estimated. SI and CTS were estimated for eight tear sizes and seven ultimate stresses to account for tear progression and patient variability, respectively. The SI of the modeled tendon decreased with larger tear sizes. The effect of tendon ultimate stress on failure force decreased as the tear size increased. The CTS for the modeled tendon was estimated to be between 6 and 19 mm, assuming an ultimate stress ranging from 1.6 to 12.6 MPa. The potential clinical applicability of CTS is limited to new techniques that allow for accurate estimation of the tissue ultimate stress.

La ruptura del tendón supraespinoso es una de las lesiones más comunes del manguito rotador. El objetivo de este estudio es evaluar el efecto de una ruptura del tendón en su capacidad de carga y estimar el tamaño de la ruptura a la cual el tendón no puede soportar carga en el rango fisiológico. Este estudio presenta un único índice que indica la capacidad de carga del tendón, Strength Index (SI), el cual se calcula usando un modelo computacional del tendón. También se calculó el tamaño crítico de la ruptura (CTS), definido como el tamaño de la ruptura a la cual el tendón no puede soportar una carga máxima. SI y CTS fueron estimados para 8 rupturas de tamaño creciente y 7 diferentes esfuerzos últimos para incluir variabilidad por crecimiento de la ruptura y del paciente, respectivamente. El SI de tendón disminuyó con el aumento del tamaño de la ruptura. El CTS para el tendón modelado fue estimado entre 6 y 19 mm, asumiendo un esfuerzo último en un rango fisiológico entre 1,6 y 12,6 MPa. La posible aplicación clínica del índice CTS es limitada al surgimiento de nuevas técnicas que permitan la estimación in vivo acertada del esfuerzo último del tejido.

Modelación en programación matemática y resolución del problema de localización-ruteo en logística urbana

The implementation of urban distribution centers near to city centers to allow freight consolidation is a widely extended initiative worldwide, seeking to improve traffic congestion and quality of life in downtown, among others. This paper considers the problem of locating urban distribution centers and proposes an exact method, based on integer linear programming for strategic, tactical and operational decision-making. The aim is to solve, in an integer manner, location, sizing and operation (vehicle routing) problems in these logistics platforms. The model is validated using real-data taken from the city of Saint-Étienne, France. Computational experiments are also carried out in order to compare the proposed model with existing procedures from the literature. Results show the efficiency and effectiveness of the proposed model and its applicability in real decision-making for medium sized data sets.

La creación de centros urbanos de distribución y consolidación de carga cerca del centro de las ciudades es una iniciativa implementada alrededor del mundo que busca mejorar la congestión del tráfico vehicular en las calles y la calidad de vida sus habitantes. Este artículo considera el problema de localización de centros urbanos de distribución y propone un modelo exacto de programación lineal entera para la toma de decisiones integrando los niveles estratégico, táctico y operativo. Se busca resolver los problemas de localización, dimensionamiento y operación (ruteo de camiones) en estas terminales logísticas. El modelo es validado usando datos reales provenientes de la ciudad de Saint-Étienne, Francia. Así mismo, se realizan comparaciones experimentales con procedimientos existentes en la literatura. Los resultados muestran la eficiencia y efectividad del modelo propuesto y su aplicabilidad para instancias hasta de tamaño mediano.

Atenuación hídrica y beneficios hidrológicos debido a la implementación de techos verdes ecoproductivos en zonas urbanas marginadas

In the present study, the hydrologie attenuation of an eco-productive green roof is assessed using three indicators: lag-time, runoff coefficient and water volume retention. Two types of plants-an herbaceous (Lactuca sativa) and a Cruciferae (Raphanus sativus)-were utilized in this analysis of eight rain events monitored on four houses in the La Isla neighborhood of Soacha, Colombia (4° 34' 22.3", 74° 10' 53.5"; 2,701 meters above sea level). Maximum lag-times, volumetric retention percentage and minimum equivalent runoff coefficients of 32 minutes, 80% and 0.1, respectively, were obtained. The hydrologic benefits of implementing such green roofs is determined by comparing the drainage infrastructure required with and without green roofs and by assessing the probability of flooding at the study site with or without green roofs. In order to analyze these benefits, the Monte Carlo simulation method allows observation of the hydraulic behavior of sewers in drainage areas where green roofs are implemented. When the green roofs are installed, a maximum savings (in economic terms) of approximately 22% and a reduction in flooding probability of approximately 35% are observed.

Este trabajo evalúa la atenuación hídrica de un techo verde productivo mediante tres indicadores: lag-time, coeficiente de escorrentía y porcentaje de retención volumétrica. Se utilizaron dos especies de plantas: una herbácea (Lactuca sativa) y una crucifera (Raphanus sativus). Se registraron ocho eventos de lluvia en cuatro casas del barrio La Isla, en Soacha, Colombia (4° 34' 22.3", 74° 10' 53.5", 2701 msnm). Se observaron retardos de la escorrentía hasta de 32 minutos, coeficientes equivalentes de escorrentía mínimos hasta de 0,1 y porcentajes de retención volumétrica máximos cercanos al 80 %. Se evaluaron los beneficios hidrológicos de implementar techos verdes comparando la infraestructura de drenaje requerida con techos verdes y sin estos, y calculando sus respectivas probabilidades de inundación en el área de estudio (barrio La Isla, Soacha, Colombia). Se simuló la respuesta del alcantarillado propuesto mediante la metodología de Monte Carlo, y al implementar techos verdes en toda el área de estudio: el coeficiente de escorrentía se distribuyó aleatoriamente, siguiendo una distribución de Kernel correspondiente a los datos registrados en campo. Los resultados obtenidos evidenciaron ahorros cercanos al 22 % y una reducción del 35 % de las probabilidades de inundación.

Utilización potencial de una ceniza volante de baja calidad como fuente de aluminosilicatos en la producción de geopolímeros

Este artículo presenta la síntesis de materiales geopolimé-ricos a partir de una ceniza volante de origen colombiano (FA). Se evaluaron diferentes condiciones de activación de esta ceniza mediante el ajuste de los módulos totales de SiO2/Al2O3 y Na2O/SiO2, así como el efecto de la incorporación de dos fuentes de calcio: una escoria granulada de alto horno (GBFS) y un cemento Portland tipo I (OPC). La cinética de las reacciones desarrolladas después de la activación alcalina de la FA se evaluó realizando una calorimetría isotérmica, según la cual los sistemas de mayor alcalinidad exhiben una mayor liberación de calor y un mayor grado de disolución de la fuente primaria. La incorporación de la fuente de calcio modifica la cinética de reacción y el tipo y características de los productos formados tras la activación. El incremento en la relación molar SiO2/ Al2O3 del sistema condujo a obtener materiales con una resistencia a la compresión superior hasta en ∼77 %. En términos generales, la incorporación de una fuente de calcio al sistema contribuye a la adquisición de un mejor desempeño mecánico en todas las edades de curado en estudio. Los resultados evidencian el potencial aprovechamiento de esta FA para producir cementos no convencionales con resistencias a 28 días de curado superiores a los 50 MPa.

This article presents the synthesis of a geopolymeric material based on a Colombian fly ash (FA). Geopolymers with different total molar SiO2/Al2O3 and Na2O/SiO2 ratios and the inclusion of two source of calcium (a national granulated blast furnace slag and ordinary Portland cement) were evaluated. The reaction kinetic of FA alkali activation was monitored by isothermal calorimetry, which shows the systems with highest alkalinity exhibit higher release of heat and higher dissolution degree of FA. Replacing a percentage of FA by a calcium source (OPC or GBFS) modifies the kinetic and reaction products. A higher SiO2/ Al2O3 molar ratio leads to the production of materials with higher compressive strength up to ∼ 77 %. Overall, the addition of a calcium source contributes significantly to the acquisition of a higher mechanical performance. The results show the potential use of this FA with unprofitable physical and chemical characteristics as a raw material to produce non-conventional cementitious with compressive strength up to 50 MPa at 28 days of curing time.

Modelo del sistema de combustión de un horno de Clinker de proceso húmedo

This paper presents the model of the combustion process of a clinker kiln, which is obtained from an energy balance represented in the heat generated by burning coal and how this is distributed across the process. Data comes from the actual process variables, obtained from the control system using OLE for Process Control, which operates using experimental data and variables that are assumed to be constant. The resulting model is fitted with two tools: least squares and Infinite Impulse Response filter of first order. It validates and verifies the model and its settings using two statistical tools: box and whisker diagram and method of eight statistical metrics related by a fuzzy function. The use of these tools evidence satisfactory performance of the proposed model.

En este trabajo se presenta el modelo del proceso de combustión de un horno rotatorio de Clinker, el cual se obtiene a partir de un balance de energía representado en el calor que se genera por la combustión de carbón y la forma como se distribuye aquel en todo el proceso. Se utilizan datos de las variables reales del proceso, obtenidas del sistema de control mediante OLE for Process Control, las cuales se operan con datos experimentales y variables que se asumen como constantes. El modelo obtenido se ajusta con dos herramientas: mínimos cuadrados y filtro Infinite Impulse Response de primer orden. Se valida y comprueba el modelo y sus ajustes utilizando dos herramientas estadísticas: diagrama de cajas y bigotes y un método de ocho métricas estadísticas relacionadas por una función difusa. La utilización de estas herramientas evidencia un desempeño satisfactorio del modelo planteado.

Sistema de visión computacional para la optimización del color generado por el proceso de tostado del café en función del tiempo, la temperatura y el tamaño de malla

This article describes the implementation of a computer vision system to determine the effect of time and temperature on the color generated by the roasting of coffee, for which a software tool in the mathematical software Matlab, previously parameterized using color data for the roasting process was developed and implemented. The color was measured in CIEL*a*b* space and the data were analyzed using the statistical response surface design. The result of this work is a system that allows for realtime sensory information about color and therefore has an advantage over existing traditional systems. The study shows that computer vision system could distinguish different shades during roasting of coffee depending on process parameters and good capacity for generalization.

En este artículo se presenta la implementación de un sistema de visión computacional para determinar el efecto del tiempo y la temperatura en el color generado por el tostado del café, para el cual se desarrolló e implementó una herramienta informática en el sofiware matemático Matlab, previamente parametrizado usando datos del color durante el proceso de tostado, obete. El color se midió en el espacio CIEL*a*b* y los datos se analizaron usando el diseño estadístico de superficie de respuesta. El resultado del trabajo es un sistema que permite obtener información sensorial en tiempo real sobre el color y, por lo tanto, tener una ventaja sobre los sistemas tradicionales existentes. El estudio muestra que el sistema de visión computacional pudo diferenciar tonalidades diferentes durante el tostado de café en función de los parámetros del proceso y buena capacidad para la generalización.

Anotación semántica de servicios web SOAP basada en técnicas de desambiguación lingüística

A key requirement for materializing the Semantic Web involves the annotation of resources and Web services with semantic metadata. This procedure is traditionally addressed as a manual task, which involves a high consumption of time and resources as well as the expertise on description formats and formal representations of knowledge, such as ontologies. Some research has promoted the development of mechanisms that partially automate the semantic annotation procedure, however, for the services particular case, those works lack of an analysis of the linguistic context of descriptor documents or interfaces, which provide adequate assignment of semantic annotations on the functional attributes of the services. In this context, this paper introduces a mechanism to automate the semantic annotation of SOAP services, supported by Word Sense Disambiguation techniques (WSD), from which it is possible to link the context of descriptor documents to the procedure of identification and association of ontological entities related to service attributes. This document discusses the mechanism described above, by developing an example, as well as the results of the experimental evaluation performed on a prototype that implements the proposal.

Un requerimiento clave para materializar la web semántica involucra la anotación de los recursos y servicios web con metadatos semánticos. Este procedimiento se ha abordado tradicionalmente como una tarea manual, la cual implica un consumo elevado de tiempo y recursos, así como el conocimiento de formatos de descripción y representaciones formales de conocimiento, como las ontologías. Algunos trabajos de investigación han promovido la generación de mecanismos que automaticen de manera parcial el procedimiento de anotación semántica; sin embargo, en el caso particular de los servicios, estos trabajos prescinden de un análisis del contexto lingüístico de las interfaces o documentos descriptores que facilite la asignación adecuada de anotaciones semánticas sobre los atributos funcionales de los servicios. En este marco, el presente trabajo introduce un mecanismo para automatizar la anotación semántica de servicios SOAP, sustentada en técnicas de desambigua-ción del sentido de las palabras (WSD), a partir de las cuales es posible vincular el contexto de los documentos descriptores al procedimiento de identificación y asociación de entidades ontológicas relacionadas con los atributos del servicio. Este artículo aborda la descripción del mecanismo mencionado, apoyándose en un ejemplo, así como en los resultados de la evaluación experimental realizada sobre un prototipo que implementa la propuesta.

Evaluación del desempeño de la red LTE para la entrega del servicio de IPTV

En este artículo se presentan los resultados obtenidos de la simulación de tráfico del servicio de IPTV móvil en un modelo de red LTE. Tal modelo se generó a partir de una arquitectura funcional para la entrega del servicio de IPTV sobre esta tecnología. Para la simulación se planteó un escenario donde los recursos de la red se comparten entre aplicaciones y servicios móviles (voz, video y datos), a cada uno de los cuales se les asignó la configuración de los parámetros de calidad de servicio necesarios para satisfacer sus requisitos de calidad de servicio. En dicho escenario se evaluó el comportamiento de los principales parámetros de desempeño de la red (retardo, razón de pérdida de paquetes y throughput) ante variaciones en la cantidad de terminales móviles conectados a la red, diferentes niveles de movilidad de los usuarios y configuración de algoritmos de planificación de tráfico bien conocidos de la red LTE. Como principal resultado se presenta el algoritmo que ofrece el mejor comportamiento de los parámetros de desempeño para tráfico de IPTV.

This paper presents results about traffic simulation of mobile IPTV service in a LTE network model. The model is generated from a functional architecture for delivery of IPTV service over this technology. For the simulation is proposed a scenario where resources of network are shared between mobile services and applications: voice, video and data, each are assigned the necessary configuration of quality of service (QoS) parameters for satisfy their requirements of quality of service. In this scenario is evaluated the behavior of main performance parameters (delay, packet loss ratio, and throughput) against variations in the number of mobile terminals connect to the network, different levels of users mobility and configuration of well know scheduling algorithms of LTE network. As a main result the algorithm that gives the best behavior of the performance parameters for IPTV traffic is presented.