Tecnura

EDITORIAL

Inversión sísmica para el cálculo de velocidades, usando la matriz lineal inversa generalizada, la ecuación de onda y fronteras no reflectivas

Abstract Objective: This work presents the results obtained in the development of a seismic velocity inversion model. The reference times recorded on the surface are taken and using the inversion model to obtain the initial reference model (hypocenters and velocities), starting from an unknown model. Methodology: A hypothetical reference model is proposed containing 64 blocks with interval velocity, 16 recording stations on the surface, and 64 earthquakes in the center of each block. With this model, the reference arrival times are generated for each earthquake registered in each station. The inversion model is made up of two parts: the direct model, which allows calculating the arrival times of the signal registered on the surface according to the hypo-central location of the earthquake and the velocity of the P and S wave of the medium; and the inverse model, which estimates a model of the velocity of the environment and hypo-central locations of the earthquakes that are the input variables of the direct model. The direct model was developed with the wave equation, while the inverse model was developed by modifying the generalized inverse matrix by introducing a factor called "damping." Results: The discretization model is based on the finite difference method. When estimating the values of velocity and hypo-central location with the inverse algorithm, the propagation of the wave is simulated with the direct model, and then compared with the data of reference times measured on the surface. Depending on the mean square error, we proceed to modify the mean velocities and hypo-centers of the earthquakes. This process repeates iteratively until the calculated error is less than a tolerance of 2x10"3s2. Conclusions: It was found that the estimated values of velocity and hypocentral locations coincide well for regions closer to the surface, while for deep regions the error more significant compared to the hypothetical reference model.

Resumen Objetivo: Se presentan los resultados obtenidos en el desarrollo de un modelo de inversión sísmico de velocidades. Se toman los tiempos de referencia registrados en superficie y mediante el modelo de inversión lograr obtener el modelo de referencia inicial (hipocentros y velocidades), partiendo de un modelo desconocido. Metodología: Se propone un modelo hipotético de referencia que contiene 64 (4x4x4)) bloques con velocidad intercalada, 16 estaciones de registro en la superficie y 64 sismos en el centro de cada bloque. Con este modelo se generan los tiempos de arribo de referencia para cada sismo registrado en cada estación. El modelo de inversión se compone de dos partes: el modelo directo, que permite calcular los tiempos de arribo de la señal registrada en superficie según la localización hipocentral del sismo y la velocidad de la onda P y S del medio; y el modelo inverso, que estima un modelo de velocidad del medio y localizaciones hipocentrales de los sismos que son las variables de entrada del modelo directo. El modelo directo se desarrolló con la ecuación de onda, mientras que el modelo inverso se desarrolló mediante una modificación a la matriz inversa generalizada introduciendo un factor denominado "amortiguamiento". Resultados: Ambos modelos fueron discretizados mediante el método de diferencias finitas. Al estimar los valores de velocidad y localización hipocentral con el algoritmo inverso, se simula la propagación de la onda con el modelo directo, y se comparan con los datos de tiempos de referencia medidos en superficie. Según sea el valor del error cuadrático medio, se procede a modificar las velocidades del medio e hipocentros de los sismos. Este proceso se repite iterativamente hasta lograr que el error calculado sea menor que una tolerancia de 2x103s2. Conclusiones: Se encontró que los valores estimados de velocidad y localizaciones hipocentrales coinciden muy bien para regiones más cercanas a la superficie, mientras que para regiones profundas el error es mayor en comparación con el modelo hipotético de referencia.

Diseño de Drones para monitoreo de zonas volcánicas

Abstract Objective: Volcanic eruptions are a serious threat to the environment. In order to assess more accurately the state of a volcanic zone, spatially distributed measurements are required. Methodology: An electronic nose (eNose), a quad-copter drone with gas, temperature, and humidity sensors was developed. The drone was assembled with 3D printed parts and tested for properties like structural rigidity. The eNose samples gases, manages a sensor array, acquires data, extracts features, and classifies them with suitable classification algorithms. Results: The eNose drone system provides a versatile technology for autonomous monitoring of diverse environments. A logarithmic calibration curve was observed for the CO sensor. Conclusions: The implementation of a eNose drone system and its application to the detection and study of gases in volcanic areas would be innovative in Argentina. The system can access remote dangerous areas and is versatile. Different gas sensors like H2S or SO2 can be added. Financing: Project PID MSUTIBA0004713TC Universidad Tecnológica Nacional. Comisión Nacional de Energía Atómica. Buenos Aires, Argentina

Resumen Objetivo: Las erupciones volcánicas son una grave amenaza para el ambiente. La ceniza de un volcán puede contaminar el agua, la vegetación, el ganado y a las personas. Con el fin de evaluar con mayor precisión el estado de la zona volcánica, se requiere la aplicación de mediciones distribuidas espacialmente. Metodología: Se desarrolló una nariz electrónica (eNose) y un dron cuadricóptero con sensores de gas, temperatura y humedad. El dron fue ensamblado con una estructura realizada con impresora 3D y se comprobó su correcta rigidez. La nariz electrónica toma muestra de gases, controla el array de sensores, adquiere datos, extrae características de los datos y clasifica las muestras con los algoritmos correspondientes. Resultados: El sistema de dron eNose provee una tecnología flexible para el monitoreo de diferentes entornos. Para el sensor de gas de CO se observó una curva de calibración logarítmica. Conclusiones: La implementación de un sistema drone eNose y su aplicación a la detección y estudio de gases en áreas volcánicas resultaría innovador en Argentina. El sistema puede acceder a zonas remotas y peligrosas, y es muy flexible. Se pueden agregar diferentes sensores de gas como por ejemplo H2S o SO2. Financiamiento: PID MSUTIBA0004713TC Universidad Tecnológica Nacional. Comisión Nacional de Energía Atómica. Buenos Aires, Argentina

Evaluación de propiedades mecánicas de compuestos manufacturados a partir de contenedores de Tetra Pak^® reciclados

Abstract Context: Tetra Pak® is a common material used for the production of food containers. Currently, those containers are recycled by physical separation of the cellulose fibers through a hydro pulped process, but sometimes separating the individual components is not economically viable. This work evaluates an alternative process to obtain composites from recycled Tetra Pak®. Methodology: Tetra Pak® used containers were collected and cut into small pieces at the laboratory. Then, the containers were hot-pressed to obtain sheets in a manual hydraulic press by using different configurations. Samples were cut, and their tensile strength was evaluated (ASTM D3039). Failure analysis of samples was carried out by FE-SEM to identify issues related to processing and to understand the differences in mechanical properties. Results: The results showed that the lowest tensile strength was 9.5 MPa (type I sample) and the highest tensile strength was 37.4 MPa (type III sample). Conclusions: The results of mechanical tests show that this material can be used for non-structural purposes in the building industry. Failure analysis shows that fiber pull-out and delamination are the most important failure mechanisms in type I samples. For type III sample, failure was produced by a sequence of intralaminar fractures. Financing: Instituto Tecnológico Metropolitano de Medellín

Resumen Contexto: Tetra Pak® es un material común que se utiliza para recipientes de alimentos. Actualmente, esos contenedores se reciclan mediante la separación física de las fibras de celulosa a través de un proceso de hidropulpeado, pero a veces no es económicamente viable separar los componentes individuales. En este trabajo, se evaluó un proceso alternativo para obtener materiales compuestos de Tetra Pak® reciclado. Metodología: Inicialmente, los contenedores de Tetra Pak® usados se recolectaron y cortaron en trozos pequeños en el laboratorio. Después, los contenedores se prensaron en caliente para obtener laminados en una prensa hidráulica manual utilizando diferentes configuraciones. Después de obtener los materiales compuestos, se cortaron las muestras y se evaluó su resistencia a la tracción (ASTM D3039). El análisis de fallas de las muestras fue realizado por FE-SEM para identificar problemas relacionados con el procesamiento y para comprender las diferencias en las propiedades mecánicas. Resultados: Los resultados mostraron que la menor resistencia a la tracción era de 9,5 MPa (muestras de tipo I). La mayor resistencia a la tracción fue de 37,4 MPa para muestras de tipo III. Conclusiones: Los resultados de las pruebas mecánicas permitieron concluir que el material se puede utilizar para fines no estructurales en la industria de la construcción. El análisis de fallas mostró que el desprendimiento de la fibra es el mecanismo más importante en las muestras de tipo I. Para las muestras de tipo III, la fractura se produjo por una secuencia de fallas interlaminares. Financiamiento: Instituto Tecnológico Metropolitano de Medellín

Estrategia de optimización híbrida para ubicación y dimensionamiento óptimo de GD en redes de distribución

Abstract Objective: This paper presents a hybrid optimization methodology for the optimal location and sizing of distributed generators (DG) in electrical distribution networks. We propose a mixed-integer nonlinear problem (MINLP) model for the mathematical formulation, whose objective function is the minimizing of power losses due to the Joule effect in conductors. The constraints we considered include active and reactive power balance, voltage regulation, percentage of penetration of DG into the distribution network, and the total amount of DG allowed in such network. Methodology: To solve the MINLP model, we employed a master-slave strategy that uses the Chu-Beasley genetic algorithm (CBGA) and the optimal power flow (OPF) model as the master and slave algorithms, respectively. This hybrid technique helps reduce the complexity of the MINLP model by eliminating binary variables through the master algorithm and then solving the resulting nonlinear problem (NLP), which corresponds to the OPF model, and uses a classical interior-point method available in MATLAB's fmincon toolbox. Results: We tested the efficiency and robustness of the proposed methodology in 33- and 69-node radial distribution networks. The results show its high performance in terms of power loss reduction and final sizing of DG. Conclusions: The results obtained in the test systems under analysis reveal that there is a direct and proportional relationship between technical losses, the percentage of distributed generation penetration, and the number of generators available.

Resumen Objetivo: En este documento se presenta una metodología de optimización híbrida para la ubicación y el tamaño óptimos de generadores distribuidos (DG) en redes de distribución eléctrica. Se propone un modelo de problema no lineal de enteros mixtos (MINLP) para la formulación matemática, cuya función objetivo es la minimización de las pérdidas de potencia debido al efecto Joule en los conductores. Las restricciones incluyen el equilibrio de potencia activa y reactiva, regulación del voltaje, porcentaje de penetración de las DG en la red de distribución y las DG totales permitidas en dicha red. Metodología: Para resolver el modelo MINLP, se emplea una estrategia maestro-esclavo que utiliza el algoritmo genético Chu-Beasley (CBGA) y el modelo de flujo de potencia óptimo (OPF) como algoritmos maestro y esclavo, respectivamente. Esta técnica híbrida ayuda a reducir la complejidad del modelo MINLP al eliminar las variables binarias a través del algoritmo maestro y luego resolver el problema no lineal resultante (PNL) que corresponde al modelo OPF, utilizando un método clásico de punto interior disponible en la caja de herramientas fmincon de MATLAB Resultados: Se prueba la eficiencia y la solidez de la metodología propuesta en redes de distribución radial de 33 y 69 nodos. Los resultados muestran un alto rendimiento en términos de reducción de pérdida de potencia y dimensionamiento final de DG. Conclusiones: Existe una relación directa y proporcional entre las pérdidas técnicas, el porcentaje de penetración de generación distribuida y el número de generadores disponible.

Fusión de imágenes hiperespectrales y multiespectrales basado en un modelo de escacez no local centralizado de mapas de abundancias

Abstract Context: Systems that acquire hyperspectral (HS) images have opened a wide field of applications in different areas, such as remote sensing and computer vision applications. However, hardware restrictions may limit the performance of such applications because of the low spatial resolution of obtained hyperspectral images. In the state-of-the-art, the fusion of a HS image with low spatial resolution panchromatic (PAN) or multispectral (MS) images with high spatial resolution has been efficiently employed to computationally improve the resolution of the HS source. The problem of fusing images is traditionally described as an ill-posed inverse problem whose solution is obtained assuming that the high spatial resolution HS (HR-HS) image is sparse in an analytic or learned dictionary. Method: This paper proposes a non-locally centralized sparse representation model on a set of learned dictionaries to spatially regularize the fusion problem. Besides, we consider the linear mixing model that decomposes the measured spectrum into a collection of constituent spectra (endmembers) and a set of corresponding fractions (abundance) maps to take advantage of the intrinsic properties and low dimensionality of HS images. The spatial-spectral dictionaries are learned from the estimated abundance maps exploiting the spectral correlation between abundance maps and the non-local self-similarity in the spatial domain. Then, an alternating iterative algorithm is employed to solve the fusion problem conditionally on the learned dictionaries. Results: After using real data, the results show that the proposed method outperforms the state-of-the-art methods under various quantitative metrics: RMSE, UIQI, SAM, ERGAS, PSNR, and DD. Conclusions: This paper proposes a novel fusion model that includes a non-local Sparse representation of abundance maps by using spectral unmixing. The proposed model obtains better fused images than traditional fusion approaches based on sparcity. Financing: Project Vicerrectoría de Investigación y Extensión of Universidad Industrial de Santader (code VIE 2521).

Resumen Contexto: Los sistemas de adquisición de imágenes hiperespectrales (HS) son comúnmente usados en un rango diverso de aplicaciones que involucran tareas de detección y clasificación. Sin embargo, la baja resolución de imágenes hiperespectrales podría limitar el rendimiento de las tareas relacionadas con dichas aplicaciones. En los últimos años, fusionar la información de una imagen HS con imágenes multiespectrales (MS) o pancromáticas (PAN) de alta resolución espacial ha sido ampliamente usado para mejorar la resolución espacial de la imagen HS. La fusión de imágenes ha sido formulada como un problema inverso cuya solución es una imagen HS de alta resolución espacial, la cual se asume escasa en un diccionario analítico o aprendido. Por otra parte, el desmezclado espectral es un procedimiento en donde el espectro medido de un píxel mezclado es descompuesto en una colección de firmas espectrales que hacen referencia a las firmas puras de la imagen y mapas de abundancia que indican la porción de cada firma pura presente en un píxel especifico. Método: Este trabajo propone un modelo de representación escasa, centralizado y no local sobre un conjunto de diccionarios aprendidos para regularizar el problema de fusión convencional. Los diccionarios son aprendidos a partir de los mapas de abundancia estimados para explotar la correlación entre mapas de abundancia y la auto-similitud no local sobre el dominio espacial. Luego, condicionalmente sobre los diccionarios aprendidos, el problema de fusión es solucionado por un algoritmo numérico iterativo y alternante. Resultados: Después de usar datos reales, los resultados muestran que el método propuesto supera los métodos del estado del arte bajo diferentes métricas cuantitativas. Conclusiones: Este modelo permite incluir la redundancia no local en el problema de fusión de imágenes hiperespectral y multiespectral sobre los mapas de abundancia usando desmezclado espectral, mejorando los resultados de los métodos de fusión basados en el modelo de escasez tradicional. Financiamiento: Proyecto Vicerrectoría de Investigación y Extensión of Universidad Industrial de Santander (Código VIE 2521).

Determinación de la pertinencia de proyectos de un plan estratégico informático en una institución educativa aplicando MULTIPOL

Abstract Objective: To determine the relevance of the projects defined in a strategic IT plan for an educational institution through the application of MULTIPOL. Methodology: The research was quantitative with a descriptive non-experimental design. Interviews were conducted with teachers and administrators of the educational institution called "Cuarta Poza de Manga," as well as a documentary review, in order to determine the parameters required to apply MULTIPOL and evaluate the more relevant projects of the institution. Results: It was established that the most relevant projects for the institution were the following: Improving the computer infrastructure; incorporating an online learning management system to support teaching processes; using social media to broadcast relevant information to the educational community of the institution. Conclusions: The application on MULTIPOL allowed finding the most relevant projects the institution should take into account to leverage its development.

Resumen Objetivo: La presente investigación tuvo por objetivo determinar la pertinencia de los proyectos definidos en un plan estratégico informático de una institución educativa mediante la aplicación de MULTIPOL Metodología: La investigación realizada fue de tipo cuantitativo con diseño no experimental transeccional descriptivo, donde se aplicó una revisión documental y entrevistas a docentes y administrativos de la Institución Educativa Cuarta Poza de Manga, con el fin de determinar los parámetros requeridos para aplicar MULTIPOL y evaluar los proyectos con aspectos relevantes a la institución. Resultados: Se estableció que los proyectos con mayor pertinencia para la institución fueron: el mejoramiento de la infraestructura de computadores, la incorporación de un sistema de gestión de aprendizaje en línea para apoyar los procesos de enseñanza, y la utilización de redes sociales para difundir información relevante a la comunidad educativa de la institución. Conclusiones: Aplicar MULTIPOL permitió definir los proyectos de desarrollo más relevantes para la institución educativa, es decir, aquellos a los cuales debería prestar más atención para promover su desarrollo.

Modelos guiados para la investigación en ingeniería y ciencias básicas

Abstract Context: This article presents the arguments that support the formulation of a research model from the idea of "guided models," which allows the designing of routes and methodologies for the approaching, formulating, and solving problems in the training of technologists and engineers. Method: The methodology used was based on grounded theory, which allows solving problems and develop innovative research through theoretical and methodological categories. Results: It was possible to organize the model with a special emphasis on the generation of monitoring and contrasting matrices as a control mechanism and guide for the researcher. Conclusions: The implications of the incorporation of this model are analyzed in relation to the training purposes of engineering and technology professionals, articulated through a progression hypothesis as a reference every researcher will be able to get when analyzing and reviewing their own research processes regardless of the methodology developed.

Resumen Contexto: En este artículo se presentan los argumentos que fundamentan la formulación de un modelo de investigación desde la idea de "modelos guiados," que permite el diseño de rutas y metodologías para el planteamiento, formulación y resolución de problemas en la formación de tecnólogos e ingenieros. Método: La metodología utilizada se basa en la teoría fundamentada, la cual permite por medio de categorías teóricas y metodológicas resolver problemas y desarrollar investigaciones innovadoras. Resultados: Se obtuvo la organización del modelo, con especial énfasis en la generación de matrices de seguimiento y contrastación, como mecanismo de control y guía para el investigador. Conclusiones: Las implicaciones de la incorporación de este modelo se analizan en relación con los propósitos de formación de profesionales de la ingeniería y de la tecnología, articulándose mediante una hipótesis de progresión como referencia que puede tener todo investigador al momento de analizar y revisar sus propios procesos de indagación, independientemente de la metodología que se desarrolle.

Sistemas de soporte de decisiones (SSD) aplicados a la formulación de políticas públicas agrarias

Abstract Objective: The process of formulating agricultural public policies is complex due to the large number of variables involved in it. However, there is a methodology that helps the process: the development of decision support systems (DSS). This article shows the results of reviewing the developments made on implementing DSS on the formulating agricultural public policies. Methodology: A bibliographic review was carried out in various scientific databases by looking for implementations of SSD on the process of formulating agricultural policies. After finding out the SSD systems developed, qualitative and descriptive analyzes of the systems were carried out. Results: Thirty DSS systems applied to the formulation of agricultural policies were found, and the majority is focused on the agricultural production process and its relationship with the environment. Conclusions: When developing potential agricultural policies, there is a fundamental need to generate DSS that determine possible future behavior of stakeholders. These DSS also need to be adjusted to the characteristics of the countries located in the tropical zone. Financing: Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Universidad Militar Nueva Granada.

Resumen Objetivo: El proceso de formulación de políticas públicas agrarias es altamente complejo por la gran cantidad de variables que intervienen en el proceso. Por eso, el desarrollo de sistemas de soporte de decisiones (SSD) ayudan a mejorar dicho proceso. El artículo revisa los desarrollos que se han realizado con respecto al tema. Metodología: Se realizó una revisión bibliográfica en varias bases de datos científicas, buscando desarrollos de sistemas SSD aplicados al proceso de formulación de políticas agrarias. Al determinar cuáles sistemas SSD se han desarrollado, se procedió a realizar un análisis cualitativo y también descriptivo de los sistemas. Resultados: Se encontraron 30 sistemas SSD aplicados a la formulación de políticas agrarias, donde la mayoría están enfocados al proceso de producción agrícola y su relación con el medio ambiente. Conclusiones: Al formular posibles políticas agrarias, es muy necesario generar sistemas SSD que predigan el futuro comportamiento de las partes involucradas. Adicionalmente, estos sistemas deben ser ajustados para que tengan en cuenta las características de los países localizados en la zona tropical. Financiamiento: Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Universidad Militar Nueva Granada.

Análisis del impacto del sector de la construcción en la economía colombiana

Abstract Objective: Construction is one of the fastest growing and most important economic sectors worldwide, mainly due to its impact on job creation, trade in materials and the creation of essential infrastructure for social development. However, the behavior of the global market has recently been immersed in an environment of economic and political uncertainty, causing trade and industrial production to show signs of vulnerability. Despite the unfortunate ones established in the global economy, there will be moderate growth in rankings of developing countries like Colombia in different sectors. Methodology: This research focuses on analyzing the construction sector. The analysis is carried out from its historical impact on Colombian economic development and its relationship with external phenomena, to the evaluation of macroeconomic indicators (supply and demand), infrastructure, and job creation through the formulation of projects in this sector. In particular, these projects are differential for having a public investment effect in the construction of houses and civil works. Results and Conclusions: It was concluded that there is a weak recovery in the general market in relation to the factors surrounding the construction sector, allowing for a glimpse and focus on the trends and impact on the formulation of construction projects in the Colombian economy. Financing: Universidad EAN.

Resumen objetivo: La construcción es uno de los sectores económicos de mayor crecimiento e importancia en a nivel mundial, principalmente por su impacto en la generación de empleo, el comercio de materiales y la creación de infraestructura esencial para el desarrollo social. Sin embargo, el comportamiento del mercado global recientemente ha estado inmerso en un ambiente de incertidumbre económica y política, ocasionando que el comercio y la producción industrial muestren signos de vulnerabilidad. A pesar de los desafortunados pronósticos en economía a nivel global, se prevé un crecimiento moderado en clasificaciones de países en vía de desarrollo como Colombia en diferentes sectores. Metodología: La investigación se enfocó en analizar el sector de la construcción partiendo de su incidencia histórica en el desarrollo económico colombiano y su relación con fenómenos externos, hasta la evaluación de indicadores macroeconómicos, la oferta y demanda en bienes de capital, la infraestructura y la generación de empleo mediante la formulación de proyectos en este sector, los cuales son diferenciales por tener un efecto de inversión pública en la construcción de vivienda y obras civiles. Resultados y Conclusiones: Se dedujo una débil recuperación del mercado general en relación con los factores alrededor del sector de la construcción, permitiendo vislumbrar y focalizar las tendencias e impacto en la formulación de proyectos de construcción en la economía colombiana. Financiamiento: Universidad EAN

Water Footprint: Two Different Methodologies A Response to Sara Edith Bueno Pérez et al.