Ciencia e Ingeniería Neogranadina

POLYMER BASED COMPOSITES FOR SHIELDING ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE

Este trabajo tiene como propósito revisar el estado del arte en la síntesis y caracterización de materiales de matriz polimérica reforzados con compuestos a base de carbón o ferritas para su uso como materiales atenuadores de interferencia electromagnética (EMI). Recientemente, este tipo de materiales han sido objeto de investigación debido a sus potenciales aplicaciones tecnológicas, economía y de ser además ambientalmente amigables, puesto que polímeros o cauchos reciclados se pueden utilizar para su fabricación. Estos compuestos pueden ser empleados en la producción de blindajes electromagnéticos, transductores, entrega focalizada de medicamentos, marcación de órganos, hipertermia magnética, etc. Para la fabricación de este tipo de materiales compuestos se usan refuerzos particulados, fibras o láminas y como matrices polímeros termoplásticos o termoestables, cauchos sintéticos o naturales. El método de producción de los compuestos (mezcla fundida, métodos químicos, etc.) influye en las propiedades eléctricas, magnéticas y electromagnéticas del material obtenido, debido a la relación de aspecto de los refuerzos: compuestos con elevada relación de aspecto de sus refuerzos tendrán mejores propiedades magnéticas, eléctricas y desempeño frente a la interferencia electromagnética. El blindaje electromagnético de estos materiales se cuantifica a través de la efectividad del blindaje (SE) o en otros casos a través de la pérdida reflectiva (RL). Una efectividad de blindaje de 30 dB corresponde a 99,9% de atenuación de la radiación electromagnética incidente. En todos los trabajos se comprueba que las propiedades del compuesto dependen de la cantidad y del tipo de refuerzo adicionado a la matriz.

This work aims at revising the state of the art in the synthesis and characterization of polymer/ ferrites or polymer/carbon based composites used as EMI shielding materials. In recent years, such composites have been subject of research not only due to their potential technological applications and economy advantages, but also because they are environmentally friendly since some recycled materials such as some plastics and rubbers may be used for their production. Composites of this kind are used in different applications such as magnetic and microwave absorption, transducers manufacturing and biomedical applications like targeted drug delivery, labeling organs, magnetic hyperthermia, among many other things. Fillers of different shapes are used to produce these kinds of composites. Particles, fibers or sheets from several materials can be employed as matrices; for example, thermoplastic or thermoset polymers, synthetic or natural rubbers. It was found that the production method (melt-blending, solution processing, etc.) influenced the electric, magnetic and electromagnetic properties of the composite material due to the aspect ratio of the fillers: fillers with high aspect ratios result in composites with improved electrical, magnetic and better EMI shielding performance. The electromagnetic shielding for these materials is quantified through the shielding effectiveness (SE) or by the reflective loss (RL). A shielding effectiveness of 30 dB corresponds to a 99.9% of electromagnetic attenuation. It was proved that the composite properties depend on the filler content within the matrix.

SPATIO-TEMPORAL ASSESSMENT OF TROPHIC STATE OF A LARGE LAKE USING MOD09GA IMAGES

Aunque la relación empírica entre imágenes satelitales y datos recolectados en campo del disco de Secchi ha sido demostrada por estudios previos en cuerpos de agua continentales, la creación de líneas base para el monitoreo espacio-temporal que permita identificar la estacionalidad del Índice de Estado Trófico calculado con el Disco de Secchi (IET-DS) ha sido poco explorado en el monitoreo de grandes lagos. Para realizar un ejemplo práctico de la dinámica espacio-estacional trófica en el embalse de Porto Primavera (Estado de São Paulo - Brasil) a partir de mayo de 2000 hasta abril de 2015, se utilizaron imágenes generadas por el sensor MODIS-Terra, e igualmente, dos trabajos de campo fueron realizados para obtener valores del Disco de Secchi (DS). Estos valores se usaron para ajustar y validar un modelo de correlación entre los valores de reflectancia de la banda centrada en los 645nm y el DS. Los resultados indicaron que el modelo tiene un alto coeficiente de determinación (R2 = 0,80) y un moderado error asociado a las estimaciones (RMSE = 0,47m). El análisis de la variación estacional del (IET-DS) muestra el siguiente patrón: la transparencia del lago es afectada por las estaciones seca y lluviosa. El valor promedio de las estaciones de muestreo localizadas en el lago lo clasifican como oligotrófico, las regiones próximas a la desembocadura del río Pardo, presentan una clasificación eutrófica durante gran parte del año; en las temporadas de verano y otoño esta condición se extiende a casi toda la región norte del lago.

Although the empirical relationship between satellite imagery and data collected in the field Secchi disk has been demonstrated by previous studies in inland water bodies, creating the basis line for spatiotemporal monitoring to identify seasonality index trophic state calculated with Secchi disk (TSISD) has been little explored in monitoring large lakes. To make a practical example of the spatioseasonal food web in the Porto Primavera reservoir (State of São Paulo Brazil) from May 2000 to April 2015, images generated by the MODISTerra sensor is used, and, also two field works were performed to obtain values Secchi Disk (SD). These values were used to adjust and validate a model of correlation between reflectance values centered on 645nm and DS band. The results indicated that the model has a high coefficient of determination (R2 = 0.80) and moderate error associated with the estimates (RMSE = 0,47m). The analysis of seasonal variation (IETDS) shows the following pattern: the transparency of the lake is affected by the dry and rainy seasons. The average value of the sampling stations located on the lake classify it as oligotrophic, next to the mouth of the Rio Pardo region, it has an eutrophic classification for a large part of the year; in the summer and fall seasons this condition extends to almost the entire northern region of the lake.

ESTIMATION OF RESUSPENDED DUST EMISSION FACTORS BEFORE, DURING AND AFTER ROAD PAVING PROCESS IN BOGOTA

En Bogotá, estudios previos han mostrado que las emisiones de material resuspendido constituyen una parte sustancial del inventario de emisiones e impactan de manera importante la calidad del aire de la ciudad. Esta investigación estimó los factores de emisión (FE) de material particulado resuspendido antes, durante y después de la pavimentación de la vía principal del barrio Caracolí, en la localidad de Ciudad Bolívar, por parte de la Unidad de Mantenimiento Vial del Distrito (UMV). Conjuntamente, se midió el impacto de la pavimentación en la calidad del aire. La valoración del impacto y estimación experimental de FE de polvo resuspendido se obtuvo a partir de mediciones y un análisis estadístico experimental entre concentraciones de PM10, PM2.5, BC y variables meteorológicas al lado de la vía, junto con la aplicación de los modelos de dispersión SCREEN3 y AERMOD. Los factores de emisión estimados para vía no pavimentada fueron 7,8 ± 0,5 g PM10/VKT y 0,6 ± 0,2 g PM2.5/VKT y para vía en proceso de construcción de 28 ± 0,27 μg PM10/m2*s y 11 ± 0,13 μg PM2.5/m2*s. La modelación de dispersión atmosférica de material particulado resuspendido mostró una reducción del área de impacto en aproximadamente 1km y más de un 95% en concentración.

Previous studies in Bogotá have shown that emissions of resuspended particulate matter constitute a significant part of the emissions inventory and have considerable impact on air quality. This research estimates resuspended dust emission factors before, during and after the pavement process of a secondary road in Bogota. The estimation of resuspended dust emission factors was obtained from measurements and data analysis of PM10, PM2.5 and BC concentrations and meteorological variables recorded near the road. Later, SCREEN3 and AERMOD models were applied to estimate emission factors. The estimated emission factors for unpaved road were 7.8 ± 0.5 g PM10/ VKT and 0.6 ± 0.2 gPM2.5/ VKT respectively, and for road construction of 28 ± 0,27 μg PM10/m2*s and 11 ± 0,13 μg PM2.5/m2*s. The atmospheric dispersion modeling of resuspended particulate matter showed a reduction of the impact area in roughly 1km and more than 95% over concentration.

OPTIMAL SELECTION OF THE CA-CFAR ADJUSTMENT FACTOR FOR K POWER SEA CLUTTER WITH STATISTICAL VARIATIONS

The presence of the sea clutter interfering signal sets limitations on the quality of radar detection in coastal and ocean environments. The CA-CFAR processor is the classic solution for detecting radar targets. It usually operates keeping constant its adjustment factor during the entire operation period. As a consequence, the scheme does not take into account the slow statistical variations of the background signal when performing the clutter discrimination. To solve this problem, the authors conducted an intensive processing of 40 million computergenerated clutter power samples in MATLAB. As a result, they found the optimal adjustment factor values to be applied in 40 possible clutter statistical states, suggesting thus the use of the CA-CFAR architecture with a variable adjustment factor. In addition, a curve fitting procedure was performed, obtaining mathematical expressions that generalize the results for the whole addressed range of clutter statistical states. The experiments were executed with a 64 cells CA-CFAR and found the adjustment factor values for three common false alarms probabilities. The K distribution was used as clutter model, thanks to its wide popularity. This paper facilitates the handling of the K power distribution avoiding the use of Gamma and Bessel functions, commonly found in developments related to the K model. Moreover, requirements for building an adaptive clutter detector in K power clutter with a priori knowledge of the shape parameter were fulfill. Also, several recommendations are given to continue the development of a more overall solution which will also include the estimation of the shape parameter.

La presencia de la señal interferente de clutter marino establece limitaciones en la calidad de la detección de radar en ambientes costeros y de alta mar. El procesador CA-CFAR es la solución clásica para detectar blancos de radar. Usualmente mantiene su factor de ajuste constante todo el período de operación. Como consecuencia, el esquema no toma en consideración las variaciones estadísticas de la señal de fondo cuando realiza la discriminación del clutter. Para resolver este problema, los autores realizaron un procesamiento intensivo de 40 millones de muestras de clutter de intensidad, generadas en computadora a través de MATLAB. Como resultado, encontraron los valores óptimos del factor de ajuste a ser aplicados para 40 posibles estados estadísticos del clutter, sugiriendo el uso de la arquitectura CA-CFAR con un factor de ajuste variable. Adicionalmente, fue llevado a cabo un ajuste de curvas, obteniéndose expresiones matemáticas que generalizan los resultados en todo el intervalo de considerado de estados estadísticos del clutter. Los experimentos se ejecutaron con un CA-CFAR de 64 celdas y apuntaron a encontrar los valores del factor de ajuste para tres probabilidades de falsa alarma comunes. La distribución K fue elegida como el modelo usado para el clutter, gracias a su amplia popularidad. Este artículo facilita el manejo de la distribución K de intensidad, evitando el uso de funciones Gamma y Bessel, comúnmente encontradas en desarrollos relacionados con el modelo K. Además, fueron cumplidos los requerimientos necesarios para construir un detector adaptativo en clutter de potencia K con conocimiento previo del parámetro de forma. Al mismo tiempo, fueron dadas varias recomendaciones para continuar el desarrollo de una solución más general que también incluirá la estimación del parámetro de forma.

EFFECTS OF EARTHWORMS (Eisenia foetida) ON THE MICROORGANIS GROWTH IN POLLUTION SOILS WITH MERCURY OF SEGOVIA, ANTIOQUIA

Dentro de las actividades que alteran la composición del suelo está la minería, que causa el aumento de daños visibles al suelo mediante la creación de minas a cielo abierto, escombreras, estanques de residuos y otras instalaciones de minas. El objetivo principal de este trabajo fue evaluar el efecto de la lombriz roja californiana sobre el crecimiento de microorganismos en suelos contaminados con mercurio en el municipio de Segovia, Antioquia. Estos suelos representan una problemática importante debido a la acumulación de mercurio en exceso que ocasiona la pérdida de la calidad del suelo. Para este estudio se tomaron cuatro tratamientos en diferentes concentraciones de mercurio y un tratamiento más como blanco con lombrices rojas californianas (Eisenia foetida). Para esto, se evaluó el crecimiento de microorganismos a través de diferentes cultivos en el laboratorio, encontrando un crecimiento satisfactorio de los mismos luego de 25 y 90 días de tratamiento. De acuerdo al comportamiento observado, se evidencia una inmovilización del mercurio y una adaptación de los microorganismos al suelo contaminado, mostrando un aumento significativo de estos con el transcurso del tiempo.

Mining is among the activities that alter soil composition the most, which causes visible ground damage by open-pit mines, mine waste tips, tailings ponds and other mine facilities. The main goal of this work was to assess the effect of earthworm on the microorganism growth in mercury polluted soil exposed during the mining activities in the Segovia municipality. These soils represent a significant problem due to the mercury accumulations that causes the loss of soil quality and fertility. For the evaluation have been used contaminated soil from Segovia, which has been mixed with fertile soil in different proportions (30-70, 50-50 and 70-30 contaminated soil - fertile soil), also have been used two controls, fertile soil with earthworm (Eisenia foetida) and soil contaminated without earthworm. Different laboratory cultures were used to study microorganism growth, finding satisfactory growth of microorganisms after 25 and 90 days of treatment. According to the observed behavior, immobilization of mercury and microorganisms adaptation to the environment was evident and grew with time.

CONCRETE HYDRAULIC MODIFIED WITH SILICA OBTAINED OF THE RICE HUSK

El cemento es una de las materias primas en la producción del concreto hidráulico, pero su producción es considerada como uno de los procesos más contaminantes en nuestro planeta. El proyecto de investigación analiza el comportamiento mecánico, físico y químico de una mezcla de concreto hidráulico modificado con sílice obtenida por la incineración de cascarilla de arroz. La metodología utilizada fue un diseño experimental que se trabajó con cemento Holcim M1 Concretera, se utilizó como muestra patrón un diseño de mezcla de concreto hidráulico para una resistencia a la compresión de 350 Kg/cm2 , y resistencia a la flexión de 42 Kg/cm2 . La modificación se realizó mediante la sustitución del cemento por ceniza de cascarilla de arroz (sílice), en proporciones del 5%, 15% y 30%. Los resultados muestran la viabilidad para el porcentaje de sustitución de 5% en la resistencia a la compresión, la tracción indirecta y a la flexión, por lo tanto, hay una viabilidad técnica para aplicar este procedimiento.

The cement is one of the raw materials in the production of the hydraulic concrete, but its production is considered one of the most polluting processes on our planet. The research project analyzes the mechanical, physical and chemical behavior of a mix of hydraulic concrete modified with silica obtained from the incineration of rice husk. The used methodology was an experimental design that was worked with cement Holcim M1 Concretera, it was used as pattern sample, a mix design of hydraulic concrete for a compressive strength of 350 Kg/cm2 , and flexural strength of 42 Kg/cm2 . The modification was made by replacing the cement by ash rice husk (silica), in proportions of 5%, 15% and 30%. The results show viability for the replacement percentage of 5% in the compressive strength, indirect strain and flexural, therefore there is a technical feasibility to apply this procedure.

DEVELOPMENT AND TESTING OF A RADIO TELEMETRY SYSTEM FOR SEISMIC ACQUISITION

Los métodos sísmicos de prospección constituyen la principal herramienta de exploración y caracterización de reservorios de hidrocarburos, en cualquier cuenca de nuestro planeta. La sísmica de reflexión se puede adquirir en tres tipos de ambientes: marino, terrestre y zonas de transición. Dependiendo de la topografía del área de exploración que se desea iluminar, los sistemas de interconexión de líneas para la adquisición sísmica pueden ser alámbrico o inalámbrico. Este artículo presenta los resultados del desarrollo y pruebas de funcionamiento de una red inalámbrica que interconecta la estación central de registro con tres nodos, en una configuración maestro-esclavo y transmisión bidireccional. Entre dichos puntos se propagó una portadora digital que modula señales banda base para detección de la verticalidad del geófono, y referida al registro de los geófonos. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios, en cuanto se transmitió información confiable, aprovechando las ventajas de movilidad de terminales e instalación fácil que ofrecen las redes inalámbricas; sin embargo, se presentaron algunos inconvenientes en la baja tasa de transmisión (limita la tasa de muestreo), y pérdida de datos por el esquema utilizado para el control de flujo y acceso al medio. Esta experiencia de investigación permitió proponer una interconexión alternativa frente al método de interconexión por cable convencional utilizado en la prospección sísmica por reflexión en Colombia.

Seismic prospecting methods are the main tool of exploration and characterization of hydrocarbons reservoirs, in any basin of our planet. The seismic reflection is available in three types of environments: marine, land and transition zones. Depending on the topography of the scanning area to be illuminated, systems interconnection lines can be wired or wireless to seismic acquisition. This article presents the results of the development and performance testing of a wireless network that interconnects the central station of record with three nodes, in a masterslave configuration and two-way transmission. Among such points spread a digital carrier signal that modulates signals base-band to detect the geophone vertical position and record of them. The results obtained were satisfactory, as reliable information was transmitted, taking advantage of mobility and easy installation terminals offering wireless networks; however, some drawbacks occurred at the low transmission rate (limited sampling rate), and loss of data by the scheme used for flow control and media access. This research experience allowed proposing an alternative interconnection front interconnection method for conventional cable used in the seismic exploration by reflection in Colombia.