Ciencia e Ingeniería Neogranadina

Editorial

Análisis de la huella hídrica azul como indicador de sostenibilidad en pymes del Valle del Cauca. Caso de estudio en el sector de la producción de envases de plástico y espumas fenólicas

Resumen: La huella hídrica azul (HHazul) es un indicador del consumo del agua dulce que no solo representa el volumen de agua empleada y contaminada, sino también la ubicación espacial y el momento del año en que esta es utilizada. La determinación de indicadores como la huella hídrica en un sector específico como el productivo e industrial del país puede proporcionar un contexto sobre el manejo que se le está dando al recurso hídrico en dicho sector, lo cual contribuye a la toma de decisiones por parte de los actores involucrados, y permite consolidar una visión de sostenibilidad de los recursos hídricos. Esta investigación evaluó la HHazul en pymes de los sectores de producción de envases plásticos y espumas fenólicas, ubicadas en el suroccidente colombiano, teniendo en cuenta que las pymes seleccionadas cumplieron con las condiciones establecidas y decidieron participar de una manera voluntaria en el estudio, además de que contaban con la información necesaria para la cuantificación del índice. Se identificó que el cálculo de la HHazul en las pymes aporta al conocimiento de la cuantificación de la huella hídrica del país, particularmente en el Valle del Cauca; asimismo, se pudo identificar que el sector de las espumas fenólicas es de mayor consumo de recurso hídrico respecto al de producción de envases plásticos.

Summary: The blue water footprint (BWF) is an indicator of freshwater consumption that represents not only the volume of water used and contaminated but also the spatial location and the time of the year it is used. The determination of indicators such as the water footprint in a specific sector, such as the country's productive and industrial sector, can provide a context on the management of water resources in that sector, which contributes to decision-making by the actors involved, and allows the consolidation of a vision of water resource sustainability. This research evaluated the HHazul in SMEs of the plastic packaging and phenolic foam production sectors located in southwestern Colombia, taking into account that the selected SMEs met the established conditions and decided to participate voluntarily in the study, in addition to the fact that they had the necessary information for the quantification of the index. It was identified that the calculation of the HHazul in the SMEs contributes to the knowledge of the quantification of the water footprint of the country, particularly in Valle del Cauca; also, it was identified that the phenolic foams sector has a higher consumption of water resources than the production of plastic containers.

Exploración del efecto de la integración de herramientas con agentividad en ambientes de aprendizaje

Resumen: uno de los aportes sociales de la ingeniería es el desarrollo de herramientas para el aprendizaje; desde la ingeniería; las herramientas son artefactos que se integran en entornos artificiales, naturales o mixtos para la solución de diversos problemas en educación. Los entornos o ambientes de aprendizaje integran las herramientas en función de necesidades cognitivas de los estudiantes. Dentro de los modelos propuestos está la teoría de la actividad, la cual establece una relación sociocognitiva entre sujetos, objetos de conocimiento y artefactos de mediación. Así, las trayectorias de aprendizaje están influenciadas por las posibilidades de mediación que tienen estas herramientas y sus efectos cognitivos y emocionales en los estudiantes durante el aprendizaje. Por lo anterior, las posibilidades de mediación están relacionadas con las tecnologías empleadas para el desarrollo de las herramientas, por ejemplo: mecánica, electrónica, automática, inteligencia artificial e inteligencia emocional. El documento presenta una exploración de la interacción entre estudiantes y herramientas desde las áreas de filosofía, ciencias cognitiva y pedagogía.

Abstract: One of the social contributions of engineering is the development of tools for learning; from engineering, tools are artifacts that are integrated into artificial, natural, or mixed environments to solve various problems in education. The learning environments integrate the tools according to the cognitive needs of the students. Among the proposed models is the activity theory, which establishes a socio-cognitive relationship between subjects, objects of knowledge, and mediating artifacts. Thus, learning trajectories are influenced by the mediation possibilities of these tools and their cognitive and emotional effects on students during learning. Therefore, the mediation possibilities are related to the technologies used to develop the tools: mechanical, electronic, automatic, artificial intelligence, and emotional intelligence. The paper explores the interaction between students and tools from philosophy, cognitive science, and pedagogy.

Optimización multiobjetivo de las redes de prestación de servicios de salud pública

Abstract: Providing an effective health service as a state is equivalent to giving life. Health services, whose pillar is to optimize the supply chain with public policies based on equity, are equal to providing life. Identifying all the variables and characteristics of the services allows the development of a multiobjective model to represent a public health services network. A case of the National Public Network of Colombia has been analyzed, minimizing costs and contributing to the decision-making process. In this paper, a multiobjective approach to optimize the National Public Network in Colombia has been proposed. The proposed scheme combines mathematical techniques with managerial aspects related to public network health. Thus, we identify the distribution of services by the municipality to minimize the total cost and maximize coverage. The opening of services is suggested according to the demanding complexity and transport of patients between institutions. The results contrast with the current hospital services of Valle del Cauca in Colombia. The proposed scheme results show a reduction in the transfer of patients with a minimum increase in the costs of hospital services. The service proposal is based on improving access and quality in the provision of services, avoiding duplication of supply, and generating an impact on the sustainability of the network of Valle del Cauca.

Resumen: Brindar un servicio de salud efectivo como Estado equivale a dar la vida. Los servicios de salud, cuyo pilar es optimizar la cadena de suministro con políticas públicas basadas en la equidad, corresponden a brindar vida. Identificar todas las variables y características de los servicios permite desarrollar un modelo multiobjetivo para representar una red de servicios públicos de salud. En este estudio, se ha analizado un caso de la Red Pública Nacional de Colombia, minimizando costos y contribuyendo a la toma de decisiones. En este trabajo se ha propuesto un enfoque multiobjetivo para optimizar la Red Pública Nacional en Colombia. El esquema propuesto combina técnicas matemáticas con aspectos gerenciales relacionados con la red pública de salud. Así, identificamos la distribución de los servicios por municipio para minimizar el costo total y maximizar la cobertura. Se sugiere la apertura de servicios de acuerdo a la exigente complejidad y transporte de pacientes entre instituciones. Los resultados contrastan con los servicios hospitalarios actuales del Valle del Cauca en Colombia. Los resultados del esquema propuesto muestran una reducción en el traslado de pacientes con un mínimo incremento en los costos de los servicios hospitalarios. La propuesta de servicio se basa en mejorar el acceso y la calidad en la prestación de los servicios, evitando la duplicidad de oferta y generando un impacto en la sostenibilidad de la red del Valle del Cauca.

Diseño de una alternativa de suministro de agua para Vigía del Fuerte

Resumen: En este trabajo se presenta un diseño a nivel de prefactibilidad de una alternativa mejorada para el suministro de agua al municipio de Vigía del Fuerte-Antioquia (Colombia). El diseño partió de la evaluación inicial de oferta hídrica y de calidad de agua del afluente Ñagaradó, corriente que demostró tener un alto potencial y viabilizó el diseño de la alternativa de suministro de agua. En este trabajo se dimensionaron los principales elementos del sistema como la estación de bombeo, la tubería de conducción, los tanques de almacenamiento y varios escenarios para la red de distribución.

Abstract: This paper presents a pre-feasibility design of an improved water supply alternative for the municipality of Vigía del Fuerte-Antioquia (Colombia). The design was based on the initial evaluation of the water supply and water quality of the Ñagaradó tributary. This stream proved to have a high potential and made the design of the water supply alternative feasible. The main elements of the system, such as the pumping station, the pipeline, the storage tanks, and several scenarios for the distribution network, were dimensioned in this work.

Sistemas de detección y prevención de intrusos: una taxonomía experimental basada en código abierto orientada a la industria 4.0

Resumen: este trabajo presenta una propuesta de taxonomía experimental basada en código abierto para los Intrusion Detection System/Intrusion Prevention System (IDS/IPS), orientada a la industria 4.0, debido a las necesidades actuales de seguridad de la información en hogares y empresas. Con la transformación digital, el crecimiento exponencial del Internet de las Cosas (IOT, por sus siglas en inglés), las conexiones a Internet y el aumento de amenazas, agravan los problemas de seguridad de los equipos, que pueden verse vulnerados por los ciberdelincuentes y ser utilizados como intermedio para atacar otros equipos de la red propia, de otras organizaciones o para formar su propio botnet con miras a ataques masivos controlados. Por ello, es necesario contar con IDS/IPS que contribuyan a mejorar su seguridad. En la taxonomía se describe la infraestructura tecnológica en hardware y software para disponer en un ambiente experimental y realizar pruebas en la implementación, administración, gestión e investigación de IDS/IPS de código abierto y comprender las reglas y las anomalías para la detección de intrusos, mediante la base de datos de firmas y la utilización algoritmos de aprendizaje automático.

Abstract: this paper presents a proposed open source-based experimental taxonomy for an Intrusion Detection System/Intrusion Prevention System (IDS/IPS) oriented to Industry 4.0 due to the current information security needs in homes and enterprises. With the digital transformation, the exponential growth of the Internet of Things (IOT), Internet connections, and the increase of threats, the security problems of the equipment increase, which can be vulnerable to cybercriminals and be used as an intermediary to attack other equipment of the own network, of other organizations or to form their botnet with a view to massive controlled attacks. Therefore, necessary to have IDS/IPS to help improve their security. The taxonomy describes the technological infrastructure in hardware and software to arrange in an experimental environment and perform tests in the implementation, administration, management, and research of open source IDS/IPS and understand the rules and anomalies for intrusion detection through the signature database and the use of machine learning algorithms.

Extracción verde y eficiente de cannabidiol, tetrahidrocannabinol, cannabinol y cannabigerol de Cannabis sativa empleando disolventes eutécticos profundos naturales basados en mentol

Resumen: El interés nacional y mundial en el cannabis se ha incrementado en los últimos años, en razón a sus propiedades medicinales y aplicaciones industriales. Por ello, se han desarrollado múltiples técnicas de extracción y producción de derivados; pero es necesario desarrollar nuevas metodologías verdes y más eficientes para la obtención de fitocannabinoides y producción de preparados de cannabis. Los disolventes eutécticos profundos son disolventes verdes, seguros y versátiles para conseguir metabolitos del cannabis. En esta investigación se prepararon diecinueve disolventes eutécticos profundos de baja viscosidad basados en mentol, β-sitosterol y ácidos grasos, que fueron más eficientes para extraer fitocannabinoides por extracción asistida por ultrasonido en comparación con el etanol. El disolvente Mentol:Ácido octanoico 3:1 presentó el mayor rendimiento de extracción (32.42 %), mediante el ultrasonido empleando un diseño factorial 23 con el que se encontraron las siguientes condiciones óptimas: tiempo de 60 minutos, %DES de 100 % y una relación Cannabis: DES 1:20. Este estudio presenta una extracción verde y eficiente de fitocannabinoides de interés industrial, medicinal o cosmético y se convierte en una alternativa a las técnicas convencionales para la preparación de derivados del cannabis; el proceso es novedoso, optimizable y tiene gran potencial para establecer procesos a escala industrial.

Abstract: The national and worldwide interest in cannabis has increased in recent years due to its medicinal properties and industrial applications. Therefore, multiple techniques for extracting and producing derivatives have been developed. Still, it is necessary to develop new, green, more efficient methodologies for obtaining phytocannabinoids and making cannabis preparations. Deep eutectic solvents are green, safe, and versatile solvents to obtain cannabis metabolites. This research prepared nineteen low-viscosity deep eutectic solvents based on menthol, p-sitosterol, and fatty acids, which were more efficient in extracting phytocannabinoids by ultrasound-assisted extraction than ethanol. The solvent Menthol: Octanoic acid 3:1 presented the highest extraction yield (32.42 %) by ultrasound employing a 23 factorial design with which the following optimal conditions were found: time of 60 minutes, %DES of 100 %, and a Cannabis: DES ratio 1:20. This study presents a green and efficient extraction of phytocannabinoids of industrial, medicinal or cosmetic interest and becomes an alternative to conventional techniques for the preparation of cannabis derivatives; the process is novel, optimizable and has great potential to establish industrial scale processes.

Rendimiento de una serie de estanques de pulido en el tratamiento de aguas residuales sanitarias

Abstract: the main objective of this research was to evaluate the functioning of a system of polishing ponds on a pilot scale in the post-treatment of urban sewage discharged from an up-flow anaerobic sludge blanket reactor and followed by a submerged aerated filter. The following variables were analyzed: transparency, temperature, dissolved oxygen (DO), pH, alkalinity, biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), total Kjeldahl nitrogen (TKN), ammonia (NH3), organic nitrogen, nitrate (N-NO3), total phosphorus (TP), orthophosphate (PO4 3-), total suspended solids (TSS) and chloro- phyll-a. In addition, the planktonic communities were also identified and quantified. During the study period, the pond system registered the following mean and standard deviation of the removal efficiencies: 32.9±31.7% of BOD, 26.5±33.9% of COD, and 29.0±49.6% of TSS; good performance was observed in the removal of nitrogen compounds, and the following results were obtained: 58.4±28.1%, 87.5±15.4%, 24.4±42.6%, and 9.4±51.8%, respectively for TKN, NH3, organic nitrogen, and N-NO3; and 26.9±25.8 of TP and 34.3±32.7% of PO4 3-. During the research period, the planktonic community was represented by the following classes: Chlorophyceae, Euglenophyceae, Cyanobacteria, Cryptophyceae, Zygnemaphyceae, Chrysophyceae, and Dinophyceae; concurrently, the zooplankton registered low densities and was represented by the Rotiferous, Copepod, and Cladocera groups. The results help us understand the performance of polishing ponds in treating sanitary effluents.

Resumen: el objetivo principal de esta investigación fue evaluar el funcionamiento de un sistema de lagunas de pulimento a escala piloto en el postratamiento de aguas residuales urbanas, descargadas de un reactor anaerobio de flujo ascendente con manto de lodos y seguido de un filtro aireado sumergido. Se analizaron las siguientes variables: transparencia, temperatura, oxígeno disuelto (OD), pH, alcalinidad, demanda bioquímica de oxígeno (DBO), demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno total Kjeldahl (NKT), amonio (NH3), nitrógeno orgánico, nitrato (N-NO3), fósforo total (PT), ortofosfato (PO43-), sólidos totales en suspensión (SST) y clorofila-a. Además, se identificaron y cuantificaron las comunidades planctónicas. Durante el periodo de estudio, el sistema de estanques registró las siguientes medias y desviaciones estándar de las eficiencias de eliminación 32,9±31,7% de DBO, 26,5±33,9% de DQO y 29,0±49,6% de SST. Se observó un buen rendimiento en la eliminación de compuestos nitrogenados, obteniéndose los siguientes resultados 58,4±28,1%, 87,5±15,4%, 24,4±42,6%, y 9,4±51,8%, respectivamente para TKN, NH3, nitrógeno orgánico, y N-NO3; y 26,9±25,8 de TP y 34,3±32,7% de PO43-. Durante el periodo de investigación, la comunidad planctónica estuvo representada por las siguientes clases: Chlorophyceae, Euglenophyceae, Cyanobacteria, Cryptophyceae, Zygnemaphyceae, Chrysophyceae, y Dinophyceae; concurrentemente, el zooplancton registró bajas densidades y fue representado por los grupos Rotiferous, Copepod, y Cladocera. Los resultados permiten comprender el desempeño de las lagunas de pulimento en el tratamiento de efluentes sanitarios.