Tecnura

Editorial

Velocidad del sonido para alturas menores a la troposfera en Colombia para determinar la distancia de impacto de un rayo

Abstract Objective: This paper aims to conduct a study of the speed of sound in Colombia for heights below the troposphere, taking into account the temperature as a function of altitude for a tropical zone, in order to determine the distance of lightning strike. Methodology: A speed of sound profile for Colombia was determined by analyzing data on altitude, temperature, and relative humidity in the country. The temperature equation as a function of altitude presented by NASA and the International Standard Atmosphere was taken into account to compare with the data obtained from meteorological stations located in different parts of the country (this stations measure information of temperature and other physical variables). Additionally, a sound profile map of Colombia was obtained using the interpolation in ArcGIS software. Results: A map of the speed of sound in Colombia was obtained, thus finding the speed range in the country. Likewise, the temperature was determined as function of the altitude for Colombia (a country in the tropical zone), with which it is possible to have data closer to the real speed of sound in the place and determinate the distance of impact of a lighting in land. Conclusions: The study of variables such as temperature, relative humidity, and altitude helped determine the speed of sound for Colombia. It was also possible to define a temperature equation as a function of altitude for a tropical country; with the speed of sound, the radius of impact of a lightning can be found.

Resumen Objetivo: Realizar un estudio de la velocidad del sonido en Colombia para alturas menores a la troposfera, teniendo en cuenta la temperatura en función de la altitud para una zona tropical, con el fin de ayudar a determinar la distancia de impacto de un rayo. Metodología: Se determinó un perfil de la velocidad del sonido para Colombia, analizando datos de altitud, temperatura y humedad relativa en el país. Se tuvo en cuenta la ecuación de temperatura en función de la altitud presentada por la NASA y la International Standard Atmosphere, para luego comparar con los datos obtenidos por las estaciones meteorológicas localizadas en diferentes lugares del país; estas estaciones miden temperatura y otras variables físicas. Adicionalmente se obtuvo un mapa de perfil de sonido en Colombia usando interpolación en el software ArcGIS. Resultados: Se obtuvo un mapa de la velocidad del sonido en Colombia, obteniendo así el rango de velocidad en el país; asimismo se determinó la temperatura como función de la altitud para Colombia (un país ubicado en la zona tropical), con lo cual se puede tener un dato más cercano a la velocidad real del sonido en el lugar y determinar la distancia de impacto de un rayo en tierra. Conclusiones: El estudio de variables como temperatura, humedad relativa y altitud, ayudaron a determinar la velocidad del sonido para Colombia. También fue posible determinar una ecuación de temperatura en función de la altitud para un país tropical; por lo tanto, con la velocidad del sonido se puede encontrar el radio de impacto de un rayo.

Electrocoagulación como alternativa de tratamiento de aguas residuales mixtas originadas en la industria del procesamiento de lácteos y cárnicos

Resumen Contexto: La electrocoagulación (EC) se ha convertido en un proceso viable que permite reutilizar las aguas residuales industriales, mediante un reactor eléctrico. Esta técnica aplica los fundamentos de la coagulación y floculación permitiendo la reutilización de estas aguas. Objetivo: Este estudio pretende evaluar la eficiencia de la técnica de EC para el tratamiento de aguas residuales mixtas provenientes de la industria de lácteos y cárnicos (ARLC). Metodología: El agua residual utilizada para esta investigación fue obtenida del efluente de la planta de productos lácteos y cárnicos de la Universidad Popular del Cesar (UPC). Se investigó el efecto de dos variables de diseño de un electrocoagulador tipo Bach rectangular, sobre las características fisicoquímicas de las ARLC durante el proceso de EC: número de electrodos y tiempo de tratamiento. Las características del agua residual utilizadas como indicadores de la eficiencia de tratamiento del electrocoagulador fueron DQOtotal, DQOsoluble, conductividad eléctrica, pH y turbiedad. La variable de diseño del electrocoagulador referente a número de electrodos consistió en tres montajes de 3, 6 y 13 electrodos de hierro conectados en paralelo, energizados con una fuente de corriente directa (DC) de 360 W, a un voltaje constante de 12 V. La variable de tiempo de tratamiento fue máxima de 60 minutos con evaluación de los indicadores de las aguas residuales cada 15 minutos. Resultados: Durante los experimentos de EC, la configuración de 13 electrodos en paralelo fue la mejor para el tratamiento de las ARLC, lo que permitió la remoción de DQOtotal, DQOsoluble, y turbiedad, con eficiencia máxima de reducción de 96 %, 95 % y 94 %, respectivamente. Contrariamente, la EC aumentó los valores de conductividad eléctrica, corriente y pH, de los cuales se obtuvieron valores medios finales de 2785 µS cm-1, 11,6 A y 12,63, respectivamente. Conclusiones: El sistema de electrocoagulación tipo Bach rectangular demostró ser eficiente durante su operación con 13 electrodos y 60 minutos de retención durante el tratamiento de las ARLC. Financiamiento: Universidad Popular del Cesar (UPC), Grupo de Investigación Estudios Sanitarios y Ambientales (ESA).

Abstract Context: Electrocoagulation (EC) has become a viable process that allows minimizing the contaminant loadings in the industrial wastewater, through electrodes arranged on an electrical reactor. This technique applies the coagulation-flocculation fundaments, allowing water reuse on an industrial scale. Objective: This study seeks to assess the efficiency of the EC technique for the treatment of mixed wastewater originated in the dairy and meat industry (DMWW). Materials and Methods: The wastewater used in the study was obtained from meat and dairy products plant effluents of the Popular University of Cesar (UPC). The effect of two design variables of the rectangular Bach-type electrocoagulation system was assessed on the physicochemical characteristics of the DMWW during the EC process: the number of electrodes and treatment time. The wastewater characteristics used as indicators of the treatment efficiency from electro-coagulator were CODtotal, CODsoluble, electric conductivity, pH, and Turbidity. The design variable of the electrocoagulation system related to the number of electrodes consisted of three configurations, 3, 6, and 13 iron electrodes connected in parallel. The electrodes were energized with a source of direct current (DC) to 360 Watts and a constant voltage of 12 V. The treatment time variable was a maximum of 60 minutes with evaluation of the wastewater indicators every 15 minutes. Results: During the EC experiments, the design configuration of 13 parallel electrodes and 60 minutes was the best for the DMWW treatment. This electrocoagulation design configuration system allowed the reductions of CODtotal, CODsoluble, and turbidity with maximum reduction efficiency of 96%, 95%, and 94%, respectively. On the other hand, EC increased the electrical conductivity, current, and pH values, obtaining final mean values of 2785 µS cm-1, 11,6 A y 12,63, respectively. Conclusions: The rectangular Bach-type electrocoagulation system proved to be efficient during its operation with 13 electrodes and 60 minutes of retention for the DDWW treatment. Funding: Popular University of Cesar (UPC) / Research group of Sanitary and Environmental studies - E.S.A.

Localización de múltiples fuentes basada en información de dirección de llegada mediante el uso de la teoría de sensado comprimido

Resumen Contexto: Los algoritmos de dirección de llegada han sido ampliamente utilizados en los sistemas de posicionamiento; sin embargo, tienen restricciones importantes con respecto a la estacionariedad espacial y temporal de las fuentes, y la correlación entre estas y el ruido. Ahora bien, el problema de la localización, por su naturaleza, se puede considerar como disperso, razón por la cual es posible aplicar la teoría de sensado comprimido y reconstrucción dispersa para estimar la posición de fuentes no colaborativas. Método: En este trabajo se simula un sistema compuesto por varios nodos de referencia (RN, por su sigla en inglés) que comparten información con una entidad central denominada centro de fusión (FC, por su sigla en inglés), en la cual se llevará a cabo la estimación final de posición de varias fuentes no colaborativas. El proceso se divide en dos etapas: offline y online. En la primera, cada RN construye un diccionario que contiene la matriz de covarianza del factor de arreglo de antenas para cada una de las posibles posiciones de transmisión. Por su parte, en la etapa online se realiza la estimación de la posición, en la cual cada RN recibe la señal de las fuentes activas y calcula una versión comprimida de la matriz de covarianza de la señal recibida. Luego se realiza la estimación de la posición de las fuentes dentro del área de interés mediante el algoritmo OMP para la reconstrucción dispersa. Resultados: Los resultados muestran el desempeño del sistema en términos de precisión en la estimación de la posición, cuando se varían parámetros como la cantidad de sensores activos, el ruido del sistema y la tasa de compresión empleada en la matriz de sensado. El peor resultado se da cuando hay dos fuentes en el sistema y se obtiene un error cercano a los 4,5 metros; mientras que cuando solo existe una fuente, el error promedio del sistema es cercano a los 0,14 metros. Finalmente, el costo computacional del sistema disminuye cuando se incrementa la tasa de compresión empleada, debido a que el tamaño de las matrices empleadas disminuye. Conclusiones: El método propuesto proporciona alta precisión en la estimación, sin tener problemas con las restricciones en los requerimientos de estacionariedad espacial y temporal presentes en los algoritmos tradicionales de dirección de llegada, además de las condiciones de correlación entre las fuentes y el ruido. Financiamiento: MinCiencias Colombia y Universidad Pontificia Bolivariana.

Abstract Objective: Diction of arrival algorithms have been widely used in positioning systems. However, they have important restrictions to take into account in terms of spatial and temporal stationary requirements between the sources and correlation proprieties between them and the noise. Nevertheless, due to its nature the localization problem could be posed like a sparse reconstruction problem, and is possible to apply the compressive sensing and sparse reconstruction theory to estimate the position of several non-collaborative sources. Besides, considering a joint estimation system as we propose in this work, is possible to exploit both inter and intra-correlation signal aiming to improve the accuracy estimation. Methodology: In this work we simulate a localization system composed by several reference nodes (RN) which share information with a central entity named fusion center (FC) where the target estimation will take place. The process is divides in two stages: offline and online. In the first one we discretize the region of interest (ROI) in K candidates position where the sources could be located. Each RN builds its own dictionary that contains the covariance matrix of the steering vector for each cell into the grid. In the online stage, the target position estimation is performed. To do so, each RN receives the signal from the sources and calculates the compressed version of the covariance matrix, which is sent to the FC. In the FC the orthogonal matching pursuit (OMP) is performed to estimate the target coordinates inside the ROI. Results: The results show the system performance in terms of accuracy in the position estimation when parameters like number of sensors, system’s noise and compression rate in the measurement matrix are varied. Conclusions: The proposed method provides high accuracy in the estimation without restricting requirements on the spatial and temporal stationery and correlation properties of the sources and the noise, which are common in traditional direction of arrival algorithms. Financing: Miniciencias Colombia and Pontificia Bolivariana University.

Desarrollo de una aplicación móvil para el aprendizaje interactivo en problemas de ingeniería civil: aplicación a la hidráulica de canales abiertos

Abstract Context: The analysis of water flow in open channels is a relevant topic of study in different civil engineering projects. However, traditional experiments in open channel hydraulics and scale models are limited, and simple conceptual review based solely on textbooks does not allow sufficient stimulation and motivation for students. On the other hand, the rapid development of mobile devices and programming in the cloud and mobile Operation Systems such as Android offer alternatives for the development of complementary tools that support educational processes. Method: This work presents the development of an application that allows the analysis and design of open prismatic channels by implementing the Newton-Raphson numerical method and incorporating a problem-based learning approach. Results: Interactive elements were included in the application for the definition of problem variables, as well as didactic images and friendly data outputs to promote interest in the application and understanding of the problem-solving process. Conclusions: The mobile application is an example of the possibilities that exist to strengthen both the teaching of concepts and the technological approach for the rapid solution of problems, which promote the appropriation of concepts in civil engineering education. The application is called "HydroEolm" and is available for free on the Google Play Store; It has been downloaded several thousand times in Latin America and the Caribbean, mostly by engineering students, so the positive impact of the application for academic training is inferred.

Resumen Contexto: El análisis del flujo de agua en canales abiertos es un tema de estudio relevante en diferentes proyectos de ingeniería civil. Sin embargo, los experimentos tradicionales en hidráulica de canales abiertos y modelos a escala son limitados, y la simple revisión conceptual basada únicamente en libros de texto no permite la suficiente estimulación y motivación para los estudiantes. Por otro lado, el rápido desarrollo de dispositivos móviles y programación en la nube a través de lenguajes como Android ofrecen alternativas para el desarrollo de herramientas complementarias que apoyen los procesos educativos. Método: Este trabajo presenta el desarrollo de una aplicación que permite el análisis y diseño de canales prismáticos abiertos mediante la implementación del método numérico Newton-Raphson, incorporando un enfoque de aprendizaje basado en problemas. Resultados: Se incluyeron en la aplicación elementos interactivos para la definición de variables del problema, imágenes didácticas y salidas de datos amigables para promover el interés en el uso de la aplicación y la comprensión de la solución de los problemas. Conclusiones: La aplicación móvil es un ejemplo de las posibilidades que existen para fortalecer tanto la enseñanza de conceptos como el enfoque tecnológico para la solución rápida de problemas, las cuales promueven la apropiación de conceptos en la educación de ingeniería civil. La aplicación se llama "HydroEolm" y está disponible de forma gratuita en la Play Store de Google; ha sido descargada varios miles de veces en América Latina y el Caribe, en su mayoría por estudiantes de ingeniería, así que se infiere el impacto positivo de la aplicación para el entrenamiento académico.

Diseño de un atenuador de impacto utilizando un material alternativo

Abstract Objective: The present work shows the design and simulation of a front-level impact attenuator for a sedan-type vehicle. Its modeling was performed using SolidWorks software and simulation through Ansys Workbench software to analyze the behavior and component energy absorption during impact. Finally, the impact attenuator was scaled to validate the model. Methodology: This article presents the specialized design and simulation by modeling finite elements with a flat deformation problem of an impact attenuator in a deformation state. The frontal impact simulation was performed on the Explicit Dynamics module of the Ansys Workbench software using two material types: the PP-GF45 that originally comes in the Chevrolet Optra 1.8 sedan type vehicle, and the PLA-CF30. For testing purposes, the tests conducted out by the Latin NCAP and the UN R94 collision standard were considered as references since the company is governed by the approval of vehicles regarding safety in Latin America. The study was complemented with Charpy impact tests carried out at the laboratory of the Faculty of Mechanics in the Polytechnic School of Chimborazo according to ASTM D6110-04. For this purpose, it was necessary to extract five samples of each material. Results: During the analysis, characteristics such as lightness, deformation, stress, and energy absorption were evaluated. The results obtained from the software and the Charpy impact test at the laboratory show a coherent relationship between the two materials that attests to the reliability of the results of this research. Conclusions: It is possible to evaluate the virtual model designed for the purpose of this research by simulating the frontal impact on the Explicit Dynamics module of the Ansys Workbench software. After said evaluation, it is concluded that the design (shape and selected material) meet the requirements for the implementation of a vehicle. Financing: Authors' own financing.

Resumen Objetivo: El presente trabajo muestra el diseño y simulación de un atenuador de impacto delantero a escala para un vehículo tipo sedán, para lo cual se realizó el modelado en el software SolidWorks y la simulación a través del software Ansys Workbench con el fin de analizar el comportamiento y absorción de energía del componente durante el impacto. Por último, se realizó la impresión del atenuador de impacto a escala para validar el modelo Metodología: En este trabajo se presenta el diseño y simulación especializada mediante modelado de elementos finitos para un problema de deformación plana de un atenuador de impacto en estado de deformación. Se realizó la simulación de impacto frontal en el módulo Explicit Dynamics del software Ansys Workbench empleando dos tipos materiales; uno es el PP-GF45 que viene originalmente en el vehículo Chevrolet Optra 1.8 tipo sedán y el otro material es el PLA-CF30. Se tomó como referencia los ensayos realizados por la Latin NCAP y la norma de colisiones UN R94 en que se rigen esta compañía para la aprobación de vehículos respecto a seguridad en Latinoamérica. Luego se complementó el estudio con los ensayos de impacto Charpy hechos en el laboratorio de la Facultad de Mecánica de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo según la normativa ASTM D6110-04 . para ello, fue necesario extraer cinco probetas por cada material Resultados: En el análisis de los resultados se evaluó la ligereza, deformación, esfuerzos y absorción de energía. Los resultados obtenidos por medio del software y el ensayo de impacto Charpy en el laboratorio de la absorción de energía tienen una relación coherente entre los dos materiales por lo que nos da certeza de que los resultados encontrados son confiables. Conclusiones: Mediante la simulación del impacto frontal en el módulo de Explicit Dynamics del software Ansys Workbench se pudo evaluar el modelo virtual, simulando las condiciones en la que se da un choque frontal real. Así se determinó que la geometría y el material seleccionado cumplen los requisitos para la implementación en un vehículo. Financiamiento: Financiamiento propio de los autores.

Sitios de inundaciones causadas por los ríos La Vega y Jordán, Tunja (Boyacá).

Resumen Contexto: Los ríos La Vega y Jordán, ubicados en la ciudad de Tunja, han presentado eventos de desbordamiento en la zona urbana de la ciudad y se requiere identificar los puntos críticos de los cauces susceptibles de desbordamiento y proponer soluciones. Metodología: Con base en las investigaciones tituladas “Modelización hidrodinámica para identificación de zonas inundables en la ciudad de Tunja” y “Diagnóstico de las zonas de inundación de los ríos Jordán y La Vega en el casco urbano de la ciudad de Tunja”, se analizaron los resultados obtenidos en cada una, con respecto a los escenarios de inundación provocados por los dos ríos, se hizo un análisis de los desbordamientos, se revisaron las propuestas de diques y se hizo una reflexión al respecto. Resultados: En cada uno de ellos se evidencia una convivencia deficiente de la ciudad con el recurso hídrico. Se propuso la construcción de muros para evitar desbordamientos, con base en los resultados de los modelos hidrológicos de lluvia y escorrentía IBER, HEC - HMS 4.1 y HEC-RAS 4.1. Conclusiones: Se observa en la caracterización del rio La Vega, que éste no cuenta con canalización. En el río Jordán hay canalización muy parcial, con una convivencia deficiente con la población aledaña. Ésta aumenta la contaminación de las aguas en ambos ríos. Al respecto, para un periodo de retorno de 20 años el desbordamiento del río La Vega afectaría barrios como La María, Pozo Donato y terrenos de la UPTC (Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia) y el río Jordán haría otro tanto en los barrios Ciudad Jardín, Centro de Rehabilitación Integral de Boyacá y urbanización Bachue. Se plantea la construcción de unas obras para evitar los desbordamientos, aunque con ello se traslada el problema aguas abajo. Igualmente, no se hacen propuestas de regulación de caudales y poco se profundiza en la reforestación con árboles nativos.

Abstract Context: The La Vega and Jordán rivers, located in the city of Tunja, have presented overflow events in the urban area of the city and it is necessary to identify the critical points of the channels susceptible to overflow and propose solutions. Methodology: Based on the research entitled "Hydrodynamic modeling for the identification of flood zones in the city of Tunja" and "Diagnosis of the flood zones of the Jordan and La Vega rivers in the urban area of the city of Tunja", they were analyzed the results obtained in each one, with respect to the flood scenarios caused by the two rivers, the proposals were reviewed and a reflection was made about them. Results: In each one of them there is evidence of a deficient coexistence of the city with the water resource. Likewise, the flood maps obtained by means of the two-dimensional model IBER, the hydrological model of rain and runoff in HEC-HMS 4.1 and the hydraulic model using HEC-RAS 4.1 are observed. Conclusions: It is observed in the characterization of the La Vega river, that it does not have channeling. In the Jordan River there is very partial channeling, with a deficient coexistence with the surrounding population. This increases the pollution of the waters in both rivers. In this regard, for a return period of 20 years the overflow of the La Vega River would affect neighborhoods such as La María, Pozo Donato and UPTC (Pedagogical and Technological University of Colombia) and the Jordan River would do the same in the neighborhoods Ciudad Jardín, Comprehensive Rehabilitation Center of Boyacá and Bachue urbanization. The construction of works to avoid overflows is proposed and with this the problem downstream is transferred. Likewise, there are no proposals to regulate flows and little reforestation is done with native trees.

Historias, vivencias y significados generacionales en el uso de los recursos ecosistémicos; San Juanito Meta, Colombia

Abstract Objective: generational changes through stories, experiences and meanings Methodology: Through a mixed approach information is collected through semi-structured interviews and focus groups which were processed in the ATLAS ti 7 program, establishing relationships for the interpretation of results. Results: It was determined that the new generations of the roads of San Luis el Plan and San Luis de Toledo have a high level of responsibility for the conservation of ecosystem resources, which leads to repetitive actions in the new offspring, all through schemes carried out by the Hermeneutic Unit and direct relations of the discourses of the inhabitants. Conclusions: Observing and analyzing communities in contexts with endemic characteristics is relevant, since understanding relationships with ecosystems makes it possible to appreciate the dynamics of exploitation of those; this promotes conceptualization by formulating inclusive conservation plans and projects. It follows that contrasting the evolution of cultural practices made it possible to establish that generational changes have been positive in the face of resource appropriation.

Resumen Objetivo: los cambios generacionales a través de historias, vivencias y significados. Metodología: A través de un enfoque mixto se recopilo información por medio de entrevistas semiestructuradas y grupos focales los cuales fueron procesados en el programa ATLAS ti 7, estableciendo relaciones para la interpretación de resultados. Resultados: Se determinó que las nuevas generaciones de los caminos de San Luis el Plan y San Luis de Toledo tienen un alto nivel de responsabilidad hacia la conservación de los recursos del ecosistema, lo que lleva a acciones repetitivas en la nueva descendencia, todo ello a través de esquemas realizados por la Unidad Hermenéutica y relaciones directas de los discursos de los habitantes. Conclusiones: Observar y analizar comunidades en contextos con características endémicas es relevante, dado que la comprensión de las relaciones con los ecosistemas permite apreciar las dinámicas de explotación de aquellos; esto favorece la conceptualización al formular planes y proyectos de conservación inclusivos. De lo anterior se desprende que contrastar la evolución de las prácticas culturales permitió establecer que los cambios generacionales han sido positivos frente a la apropiación de los recursos.

Perspectiva para el uso del modelo P6 de atención en salud bajo un escenario soportado en IoT y blockchain

Resumen Objetivo: Se introduce la tecnología blockchain, incluidas sus principales características. También se discute el modelo de medicina P6 para la atención centrada en el paciente, y se presentan las aplicaciones de la tecnología blockchain como una capa de seguridad e interoperabilidad para dispositivos médicos IoT y sistemas de información hospitalarios. Metodología: Se realizó una revisión de las publicaciones registradas en las colecciones bibliográficas de IEEE Xplore y Scopus, con un filtro sobre las publicaciones enfocadas en blockchain, IoT y salud. El análisis de los artículos se enfocó en el planteamiento de un escenario de congruencia funcional de estos tres elementos. Resultados: Se presentan las aplicaciones de blockchain e IoT para el cuidado integral de la salud, con una esquematización de la interacción de dicha tecnología entre los sistemas de información hospitalarios y los sensores médicos de IoT para la creación de las condiciones necesarias en la implementación de la medicina P6. Conclusiones: Se identificó la aplicación de la tecnología blockchain como la capa de interoperabilidad necesaria entre sistemas de información hospitalarios, centros de investigación, pacientes, médicos y comunidad interesada; para generar un entorno confiable de flujo de información entre los diferentes actores que dinamice los procesos de investigación y atención en salud.

Abstract Objective: Blockchain technology, including its main features, is introduced. The P6 medicine model for patient-centered care is also shown, and finally, the applications of Blockchain technology as a security and interoperability layer for IoT medical devices and hospital information systems is presented. Methodology: A review of the publications registered in the bibliographic collections of IEEE Xplore and Scopus was carried out, with a filter on publications focused on Blockchain, IoT and health, in addition. The analysis of the articles focused on the approach of a functional congruence scenario of these three elements. Results: Blockchain and IoT applications for comprehensive health care are presented, with an outline of the interaction of Blockchain technology between hospital information systems and IoT medical sensors to create the necessary conditions in the implementation of the P6 medicine. Conclusions: The application of Blockchain technology was identified as the necessary interoperability layer to allow interoperability between hospital information systems, research centers, patients, doctors and the interested community, to generate a reliable environment for the flow of information among the actors that allow it, and will enhance streamline research and healthcare processes.