Ciencia e Ingeniería Neogranadina

Resumen: En 1968 se formalizó la primera metodología de desarrollo de producto y actualmente se encuentran en la literatura más de 45 que integran en sus etapas factores que permiten crear con éxito un producto, bien sea tangible o intangible. A lo largo de los años las metodologías han incorporado diversidad de factores en sus etapas para crear con éxito un producto. Pese a esto, no se ha encontrado en la literatura una investigación que integre los factores más relevantes, que permitan hacer una comparación de metodologías de desarrollo. El presente artículo contempla dos objetivos: el primero, identificar los factores principales mediante la ejecución de un análisis cualitativo de contenido, con el fin de utilizarlos para la elaboración de una matriz de comparación de metodologías de desarrollo, y el segundo, elaborar dos cuadros de ponderación en los cuales se expondrá la frecuencia de los factores en metodologías ágiles o tradicionales y la frecuencia de los factores más relevantes en el sector tecnológico. Se espera que los resultados obtenidos aporten a futuros investigadores un punto de partida que les permita entender de una forma sencilla los principales factores de las metodologías para su eventual selección, incluyendo los más representativos para el sector tecnológico, además de servir como insumo para la creación de metodologías ágiles o tradicionales enfocadas al desarrollo de producto.

Abstract: In 1968 the first product development methodology was formalized, and currently, there are more than 45 methodologies in the literature that integrate into their stages factors that allow the successful creation of a product, either tangible or intangible. Over the years, methodologies have incorporated a variety of factors in their stages to successfully create a product. Despite this, no research has been found in the literature that integrates the most relevant factors, allowing a comparison of development methodologies. This article has two objectives: first, to identify the main factors by means of qualitative content analysis in order to use them for the elaboration of a development methodologies comparison matrix, and second, to elaborate two weighting tables in which the frequency of the factors in agile or traditional methodologies and the frequency of the most relevant factors in the technology sector will be exposed. It is expected that the results obtained will provide future researchers with a starting point that will allow them to understand thoroughly the main factors of the methodologies for their eventual selection, including the most representative ones for the technological sector, besides serving as an input for the creation of agile or traditional methodologies focused on product development.

Resumen: El objetivo de este trabajo fue establecer la influencia que ejerce la granulometría del lecho del río, la forma de la pila de un puente y los parámetros hidrológicos en la profundidad de socavación, a partir de un modelo físico. Para el desarrollo experimental se empleó un suelo granular proveniente de río al que se le realizaron ensayos de laboratorio para determinar la distribución del tamaño de las partículas, empleando materiales cuya clasificación, según el sistema unificado de clasificación de suelos (USCS, por sus siglas en inglés) es SP (arena mal gradada), SW (arena bien gradada), SP-SC (arena mal gradada con arcilla). Adicionalmente, se realizó un análisis estadístico con el fin de determinar las diferencias significativas entre cada una de las variables y su influencia en dicho proceso. Se encontró que existe una fuerte relación entre la forma de la pila, el caudal y la granulometría, con las características hidrodinámicas del flujo cuando pasa por las pilas, así como en la profundidad de socavación.

Abstract: The objective of this work was to establish the influence of river bed granulometry, bridge pile shape, and hydrologic parameters on scour depth based on a physical model. For the experimental development, granular soil from a river was used and laboratory tests were carried out to determine the particle size distribution using materials whose classification, according to the Unified Soil Classification System (USCS), is SP (poorly graded sand) SW (well-graded sand), SP-SC (poorly graded sand with clay). In addition, a statistical analysis was performed to determine the significant differences between each of the variables and their influence on the process. It was found that there is a strong relationship between the shape of the pile, flow rate, and granulometry, with the hydrodynamic characteristics of the flow as it passes through the piles, as well as the scour depth.

Resumen: En este trabajo se presenta la implementación de un sistema para el monitoreo de movimientos de tierra en masa conformado por un prototipo de perfil del suelo, una red de sensores fotónicos basados en rejillas de Bragg y un sistema de interrogación. El prototipo del suelo fue reproducido mediante materiales poliméricos que representan las capas del suelo, generalmente involucradas en eventos de deslizamientos de tierra. La red de sensores fue conformada por inclinómetros compuestos por barras cilíndricas de fibra de vidrio instrumentadas con sensores fotónicos basados en rejillas de Bragg, distribuidos de forma uniforme sobre el prototipo del suelo. El sistema de interrogación se compuso en sí mismo por un dispositivo interrogador empleado para capturar la información arrojada por los sensores en forma de desviaciones de la longitud de onda de Bragg, cuyos valores fueron relacionados posteriormente con las deformaciones de los inclinómetros mediante un algoritmo de procesamiento de señales, para arrojar resultados de la detección de movimientos. Los resultados experimentales muestran que el algoritmo analítico implementado puede generar un vector que indica la dirección de un eventual movimiento de tierra en masa a partir de la medida de deformaciones en los inclinómetros ópticos implementados con un error promedio de 3°. De acuerdo con los bajos niveles de error obtenidos, se demuestra que la propuesta de red de sensores fotónicos es una herramienta prometedora para el monitoreo de deslizamientos de tierra orientado a la disminución de los efectos socioeconómicos que causan los desastres naturales.

Abstract: In this article, we present the implementation of a system for mass ground motion monitoring consisting of a soil profile prototype, a photonic sensor network based on Bragg gratings, and an interrogation system. The soil prototype was reproduced using polymeric materials representing the soil layers generally involved in landslide events. The sensor network consisted of inclinometers composed of cylindrical fiberglass rods instrumented with photonic sensors based on Bragg gratings, evenly distributed over the soil prototype. The interrogation system itself was composed of an interrogator device used to capture the information yielded by the sensors in the form of Bragg wavelength deviations, whose values were subsequently related to the deformations of the inclinometers by means of a signal processing algorithm, to yield motion detection results. The experimental results show that the implemented analytical algorithm can generate a vector indicating the direction of an eventual mass ground motion from the measurement of deformations in the implemented optical inclinometers with an average error of 3°. According to the low error levels obtained, it is demonstrated that the proposed photonic sensor network is a promising tool for landslide monitoring oriented to the reduction of the socioeconomic effects caused by natural disasters.

Resumen: El alto consumo energético de los refrigeradores y un suministro eléctrico intermitente incrementa el costo de la factura eléctrica y afecta los productos refrigerados, respectivamente. Así lo manifiestan diversos tenderos que adquieren estos equipos para actividad comercial. Estos inconvenientes preocupan al fabricante, que considera que la oferta de sus equipos podría afectarse. El objetivo de este artículo es construir un refrigerador comercial de mayor eficiencia energética, abastecido con energía solar fotovoltaica. El desarrollo inicia con un balance energético de un refrigerador convencional, para identificar posibles mejoras energéticas. Posteriormente, se implementan cuatro medidas que permiten la construcción de un refrigerador con mayor desempeño energético y una instalación solar fotovoltaica, que provee electricidad confiable. Se concluye que, mediante una oportuna gestión energética, es factible técnica y económicamente la construcción de refrigeradores eficientes que operen con energía limpia y renovable.

Abstract: The high energy consumption of refrigerators and an intermittent power supply increase the electric bill cost and affect refrigerated products, respectively. This is the opinion of several shopkeepers who purchase this equipment for commercial activities. These problems are of concern to the manufacturer, which considers that the supply of its equipment could be affected. This article aims to build a more energy-efficient commercial refrigerator supplied with solar photovoltaic energy. The development begins with an energy balance of a conventional refrigerator to identify possible energy improvements. Subsequently, four measures are implemented to construct a refrigerator with higher energy performance and a solar photovoltaic installation, which provides reliable electricity. It is concluded that, through timely energy management, it is technically and economically feasible to build efficient refrigerators that operate with clean and renewable energy.

Resumen: El CBR cíclico (CCBR) puede ser una alternativa de ensayo para estimar el módulo resiliente (Mr) de suelos blandos de subrasante, de manera relativamente económica y sencilla. En el presente trabajo se presenta una comparación de los resultados obtenidos de Mr, siguiendo la norma de ensayo del Instituto Nacional de Vías, INV-156-13 "Módulo resiliente de suelos y agregados", cuya norma de referencia es la AASHTO T-307 (Standard Method of Test for Determining the Resilient Modulus of Soils and Aggregate Materials), con el módulo equivalente (E equi ) de muestras de arcilla inalterada de la zona lacustre de la ciudad de Bogotá, obtenido en el ensayo CCBR, adaptado principalmente de la propuesta presentada por investigadores de la Universidad de Delft. Los resultados muestran que la prueba de CCBR es una opción viable para estimar el Mr a partir del Eequi de arcillas blandas, con una confiabilidad del 95%.

Abstract: The cyclic CBR (CCBR) can be an alternative test method to estimate the Resilient Modulus (Mr) of soft subgrade soils, in a relatively inexpensive and simple way. This paper presents a comparison of the results obtained for Mr, following the test standard of the Instituto Nacional de Vías, INV-156-13 "Resilient Modulus of Soils and Aggregates", whose reference standard is the AASHTO T-307 Standard Method of Test for Determining the Resilient Modulus of Soils and Aggregate Materials), with the Equivalent Modulus (E_equi) of undisturbed clay samples from the lake area of the city of Bogota, obtained in the CCBR test, mainly adapted from the proposal presented by researchers from the University of Delft. The results show that the CCBR test is presented as a viable option to estimate the Mr from the Eequi of soft clays, with a reliability of 95 %.

Resumen: El presente artículo muestra el proceso de concepción, diseño y fabricación de una máquina de corte de paneles de lasaña desarrollado para la empresa Pastas Comarrico S.A. S. (Barranquilla, Colombia). El proceso de desarrollo de la máquina siguió indicaciones y requisitos de la empresa, que, sin embargo, puede servir para otras empresas del mismo sector alimenticio. Las características del proceso para el diseño del equipo son bajo par de corte, proceso de corte en seco, bajas pérdidas por mal cortado de las láminas, mayor volumen de producción que el proceso actual y diseño simple con bajo costo de operación y mantenimiento. El nuevo enfoque de corte de láminas se basa en el corte automático, al someterla a un bajo par de doblado con un giro de 20 grados en el movimiento de salida de la lámina de masa, determinado de manera experimental con un prototipo preliminar.

Abstract: This article shows the process of conception, design, and manufacture of a lasagna panel cutting machine developed for the company Pastas Comarrico S. A. S. (Barranquilla, Colombia). The machine's development process followed the company's characteristics and requirements, which, however, can be used for other companies in the same food sector. The process characteristics for the design of the equipment are low cutting torque, dry cutting process, low losses due to the bad cutting of the sheets, higher production volume than the current process, and simple design with low operating and maintenance costs. The new approach to sheet cutting is based on the automatic cutting of the sheet by subjecting it to a low bending torque with a 20-degree twist in the outward movement of the dough sheet, experimentally determined with a preliminary prototype.

Resumen: En este trabajo se realizó un análisis comparativo de la Norma Colombiana Sismorresistente NSR-10 y el reglamento ACI 318-19 (base del próximo título C de la norma NSR actualmente en desarrollo). En este cotejo se detallaron las exigencias técnicas actuales presentes en ambos reglamentos para sistemas de pórticos de concreto reforzado en zonas de amenaza sísmica alta. Inicialmente se hizo un análisis comparativo entre el cuerpo del título C de la NSR-10 y el reglamento ACI 318-19, que mostró las diferencias en la disposición de los capítulos presentes en cada normatividad. De este análisis se obtuvo una matriz comparativa y los mapas de ruta correspondientes a cada capítulo, que facilitaron la búsqueda y comprensión de las diferencias encontradas en la disposición de los capítulos. Luego se hizo un segundo análisis comparativo y se confrontaron uno a uno los requisitos para elementos pertenecientes a estructuras con capacidad especial de disipación de energía. De esta segunda comparación se detallan las diferencias más relevantes encontradas entre las especificaciones de ambas normativas, acompañadas de una breve justificación de los cambios encontrados. Por último, se procedió al diseño estructural de dos edificaciones aporticadas de concreto reforzado, siguiendo los lineamientos de ambas normativas con el fin de realizar un comparativo final de las cuantías de refuerzo y volúmenes de concreto por medio de las cuales se analizó el impacto económico que generará la aplicación de las nuevas especificaciones establecidas en el reglamento ACI 318-19. Se encontró una diferencia porcentual de aumento de costos del 3.3%. Este es un dato relevante para los ingenieros diseñadores y constructores ya que es un claro indicativo de los impactos que tendrán dichos cambios en la futura NSR.

Abstract: This work conducted a comparative analysis of the Colombian Seismic Resistant Standard NSR-10 and the ACI 318-19 regulation (the basis of the next Title C of the NSR standard currently under development). In this comparison, the current technical requirements present in both regulations for reinforced concrete portal frame systems in high seismic hazard zones were detailed. Initially, a comparative analysis was made between the body of Title C of NSR-10 and ACI 318-19, which showed the differences in the arrangement of the chapters present in each regulation. From this analysis, a comparative matrix and the road maps corresponding to each chapter were obtained, which facilitated the search and understanding of the differences found in the arrangement of the chapters. Then, a second comparative analysis was made and the requirements for elements belonging to structures with special energy dissipation capacity were compared one by one. From this second comparison, the most relevant differences between the specifications of both standards are detailed, with a brief justification of the changes found. Finally, we proceeded to the structural design of two reinforced concrete frame buildings, following the guidelines of both standards in order to make a final comparison of the reinforcement amounts and concrete volumes by means of which the economic impact generated by the application of the new specifications established in ACI 318-19 were analyzed. A percentage difference in a cost increase of 3.3% was found. This is relevant data for engineers, designers, and constructors since it clearly indicates the impact these changes will have on the future NSR.

Resumen: Un gran reto que tienen los ingenieros docentes consiste en encontrar aplicaciones en donde la ingeniería específica sea solución a problemas de otras áreas de tal forma que se maximice su potencial conceptual e instrumental. Tal es el caso de la programación de computadores que, como parte de la ingeniería de sistemas, permite resolver problemas gracias a las grandes capacidades tecnológicas para aprovechar lo que el conocimiento humano ha desarrollado. En este artículo se presenta una solución algorítmica al problema de hallar números primos gemelos en un rango especificado por el usuario. Se acudió al paradigma de programación funcional y a conceptos como función, recursividad y ciclos de manera que facilitaron la resolución del problema. Desde esta perspectiva se obtuvieron resultados confiables que cumplen tanto con la definición de los números primos gemelos, como con los principios de eficiencia algorítmica. Se concluye que en la medida en que se puedan compartir con los estudiantes de programación aplicaciones que resuelvan problemas de otras áreas, se harán mucho más entendibles y aplicables conceptos propios de un paradigma y se podrá encontrar el sentido del aprovechamiento de la tecnología en favor del ser humano.

Abstract: A great challenge for teaching engineers is to find applications where specific engineering is a solution to problems in other areas in such a way as to take advantage of its conceptual and instrumental potential. Such is the case of computer programming, which, as part of systems engineering, allows solving problems thanks to today's great technological capabilities that allow taking advantage of what human knowledge has developed. This paper presents an algorithmic solution to the problem of finding twin prime numbers in a range specified by the user. The functional programming paradigm and concepts such as function, recursion, and cycles were used to solve the problem. From this perspective, reliable results were obtained that comply both with the definition of twin prime numbers and with the principles of algorithmic efficiency. It is concluded that to the extent that applications that solve problems in other areas can be shared with programming students, the concepts of a paradigm will become much more understandable and applicable, and the sense of taking advantage of technology in favor of the human being will be found.

Resumen: En los últimos años las metasuperficies se han perfilado como nuevos materiales que pueden utilizarse de manera eficiente en diversos campos prácticos. Aplicaciones como cambio de polarización, antenas, superficies de impedancia y cámaras anecoicas han mostrado resultados esperanzadores en diferentes líneas de investigación. Sin embargo, su modelado y caracterización es complejo comparado con otros tipos de materiales, lo que dificulta la obtención de resultados relevantes de manera eficaz. En este trabajo se presentan algunos de los resultados más importantes asociados a la física de las metasuperficies junto con sus potenciales usos y aplicaciones, describiendo su caracterización en el diseño de antenas: metapantallas y metafilms. Además, se hace un paralelo entre sus ventajas y desventajas y al final se muestran resultados de simulación de diversos subtipos de antenas y el análisis de su comportamiento a distintas frecuencias de operación.

Abstract: In recent years metasurfaces have emerged as new materials that can be efficiently used in various practical fields. Applications such as polarization change, antennas, impedance surfaces, and anechoic chambers have shown encouraging results in different lines of research. However, their modeling and characterization are complex compared to other materials, making it difficult to obtain relevant results efficiently. In this work, we present some of the most important results associated with the physics of metasurfaces, together with their potential uses and applications describing their characterization in the design of antennas: metascreens and metafilms. In addition, a parallel is made between their advantages and disadvantages, and at the end, simulation results of several antenna subtypes and the analysis of their behavior at different operating frequencies are shown.

Abstract: This research is proposed a design of architecture for melanoma (a kind of skin cancer) recognition by using a Convolutional Neural Network (CNN), work that will be useful for researchers in future projects in areas like biomedicine, machine learning, and others related moving forward with their studies and improving this proposal. CNN is mostly used in computer vision (a branch of artificial intelligence), applied to pattern recognition in skin moles and to determine the existence of malignant melanoma, or not, with a limited dataset. The CNN classifier designed and trained in this case was built through a couple of layers of convolution and pooling stacked to form a neural network of 6 layers followed by the fully connected to complete the architecture with an output classifier. The proposed database to train our CNN is the largest publicly collection of dermoscopic images of melanomas and other skin lesions, provided by the International Skin Imaging Collaboration (ISIC), sponsored by International Society for Digital Imaging of the Skin (ISDIS), an international effort to improve melanoma diagnosis. The purpose of this research was to design a Convolutional Neural Network with a high level of accuracy to help professionals in medicine with a melanoma diagnosis, in this case, it was possible to get accuracy up to 88.75 %.

Resumen: En esta investigación se propone un diseño de arquitectura para el reconocimiento de melanoma (un tipo de cáncer de piel) mediante el uso de una CNN (Red Neuronal Convolucional), trabajo que será de utilidad para investigadores en futuros proyectos en áreas como biomedicina, aprendizaje automático, y otras relacionadas avanzando en sus estudios y mejorando esta propuesta. La CNN se utiliza principalmente en visión por computador (una rama de la inteligencia artificial), aplicada al reconocimiento de patrones en lunares de la piel y para determinar la existencia de melanoma maligno, o no, con un conjunto de datos limitado. El clasificador CNN diseñado y entrenado en este caso se construyó mediante un par de capas de convolución y acumulación para formar una red neuronal de seis capas seguida de la totalmente conectada para completar la arquitectura con un clasificador de salida. La base de datos propuesta para entrenar nuestra CNN es la mayor colección pública de imágenes dermatoscópicas de melanomas y otras lesiones cutáneas, proporcionada por la International Skin Imaging Collaboration (ISIC), patrocinada por la International Society for Digital Imaging of the Skin (ISDIS), un esfuerzo internacional para mejorar el diagnóstico del melanoma. El propósito de esta investigación fue diseñar una Red Neuronal Convolucional con un alto nivel de precisión para ayudar a los profesionales de la medicina con un diagnóstico de melanoma, en este caso, fue posible obtener una precisión hasta del 88,75 %.