Prospectiva

“La energía, motor de desarrollo de la humanidad”

Degradación de azul de metileno bajo irradiación visible sobre electrodos de TiO2 sensibilizados con pigmentos de clorofila extraídos de la planta de Spinacia Oleracea

RESUMEN En este trabajo se evaluó la actividad fotocatalítica de pigmentos fotosintéticos (clorofila), adsorbidos sobre superficie de dióxido de titanio en presencia de luz visible, los pigmentos fueron extraídos por maceración en frío, a partir de plantas de espinaca (Spinacia Oleracea), la fabricación de las películas de TiO2 fue realizada utilizando la técnica de Doctor Blade, la cuantificación de los pigmentos se realizó mediante el método tricromático según la norma estandarizada para la cuantificación de clorofila 10200 H. Finalmente, se evaluó la capacidad, fotocatalítica del TiO2 modificado bajo irradiación visible, la degradación del azul de metileno se evaluó durante 140 minutos. Los resultados indicaron que el proceso de sensibilización las películas de TiO2 con el extracto Spinacia Oleracea mejoró significativamente la fotorespuesta del fotocatalizador en el rango visible del espectro electromagnético; además, los resultados de fotodegradación mostraron un porcentaje de degradación de los electrodos modificados (25%) superior al de los electrodos de TIO2 sin modificar (<5%).

ABSTRACT In this work, we studied photocatalytic activity of photosynthetic pigments (chlorophyll) adsorbed on titanium dioxide surface under visible light irradiation, pigments were extracted by cold maceration from spinach plants (Spinacia Oleracea), TiO2 films were deposited through doctor blade technique, the quantification of the pigments was carried out the trichromatic method according to the standardized standard for the quantification of chlorophyll 10200H. Finally, we determined the photocatalytic capacity of the modified TiO2 under visible irradiation, we tested degradation of the methylene blue during 140 minutes. The results indicated that the sensitization process of the TiO2 films by Spinacia Oleracea extract improved photocatalyst optical response at the visible range of the electromagnetic spectrum; furthermore, the photodegradation results showed that modified electrodes degradation percentage (25%) was higher than TiO2 unmodified degradation percentage (<5%).

Ecuaciones generalizadas de diferencias finitas basadas en series de Taylor para el cálculo de propiedades ópticas no lineales

RESUMEN En este trabajo se dedujo un nuevo conjunto de ecuaciones de diferencias finitas basadas en la serie de Taylor para el cálculo de propiedades ópticas no lineales de sistemas moleculares. Las expresiones se obtuvieron a partir de las ecuaciones generalizadas de diferencias finitas con grado y exactitud arbitrarios, corrigiendo el orden de magnitud del error de truncamiento en las componentes no-axiales de las hiperpolarizabilidades. Las mismas se validaron calculando las propiedades ópticas no lineales en 2 grupos de moléculas cuyos valores de primera y segunda hiperpolarizabilidad se han medido experimentalmente. Las moléculas fueron la 4-nitro-anilina, 4-ciano-fenol. Los valores de energía de cada sistema en función del campo eléctrico se calcularon por métodos de teoría del funcional de la densidad. Los resultados se compararon con los obtenidos con las ecuaciones de Kurtz y Kamada. El mejor desempeño se obtuvo con los funcionales HSEH1PBE, MN12SX y N12SX. En conclusión, las ecuaciones generalizadas representan una alternativa viable para el cálculo de β y γ con precisión y exactitud ajustables.

ABSTRACT In this work, a new set of Taylor series based finite differences equations were obtained to calculate nonlinear optical properties of molecular systems. The expressions were derived from the generalized finite differences with arbitrary precision and accuracy. The order of magnitude of truncation in non-axial components of hyperpolarizabilities was corrected. The validation were carried-out by calculating the nonlinear optical properties to 2 set of molecules with experimental values of first and second-order hyperpolarizability available. The molecules were 4-nitro-aniline and 4-cyano-phenol. The field-dependent energy was obtained by Density Functional Theory. The results were compared with the hyperpolarizabilties with the Kurtz and Kamada equations. The best performance was obtained with functionals HSEH1PBE, MN12SX and N12SX. In summary, the generalized equations represent an alternative for β y γ calculations with arbitrary precision and accuracy.

Sistemas de captura y análisis de movimiento cinemático humano: una revisión sistemática

RESUMEN El movimiento humano ha sido sujeto de numerosas investigaciones, principalmente en las ciencias biomédicas, ciencias del deporte y animación 3D. Dada la gran cantidad de tecnologías disponibles en el mercado, surge la necesidad de realizar una vigilancia tecnológica que determine sus principales ventajas y limitaciones, aplicaciones y situación actual de Colombia en cuanto a estudios que involucren este tipo de tecnologías. Para lograrlo, se realizó una revisión sistemática de literatura científica a nivel global, siguiendo los parámetros de las metodologías PRISMA y PRISMA P-2015. Se encontró que las tecnologías cinemáticas de análisis de movimiento se dividen en ópticos, inerciales y magnéticos, dónde los sistemas ópticos reportan el mayor número de publicaciones, siendo la tecnología Vicon la más utilizada, debido al gran abanico de aplicaciones que presenta. En cuanto a Colombia, se evidencia poca participación en estos estudios, por lo que se debe fortalecer esta competencia tanto a nivel académico como empresarial.

ABSTRACT Human movement has been the subject of a large number of investigations, mainly within the biomedical sciences, sports science and 3D animation. Due to the large amount of available technologies in the market, a technological surveillance is necessary in order to establish the main advantages and drawbacks, applications and state of the art, considering studies on the use of technologies in Colombia. In this work, a literature review on these topics was performed following the standards of the PRISMA and PRISMA P-2015 methodologies. It was found that movement analysis technologies are divided between optical, inertial and magnetic, where the optical systems appeared to be the most reported. The Vicon technology is the most used, since it can be used in a high number of applications. Regarding Colombia, the literature review suggests that a low number of studies have addressed on the topic, hence the need to improve the proficiency at both academic and industrial levels.

Un análisis bibliométrico de la investigación de sistemas de seguimiento solar

RESUMEN Un total de 131 publicaciones de investigación sobre los sistemas de seguimiento solar de 2007 a 2017 se identificaron a partir de los datos alojados en la versión en línea de SCI-Expanded, Thomson Reuters Web of Science, para el análisis bibliométrico. El análisis incluyó el resultado de la publicación, la distribución de palabras clave, revistas y el desempeño de países, instituciones y autores. También se informan las tendencias de citas y las publicaciones altamente citadas. Se encontró que el resultado de la publicación de documentos relacionados aumentó a lo largo de todo el período de estudio. Los resultados mostraron que “solar”, “tracking” y “system” fueron los términos más frecuentes en los títulos de publicación. La institución más productiva fue la Universidad de King Abdulaziz ubicada en Arabia Saudita, además se contó con la participación de 202 instituciones, lo que demuestra un gran interés investigativo a nivel mundial. Se encontró que los artículos se volvieron cada vez más colaborativos con un mayor número de autores y referencias bibliografías. Los países más influyentes en este campo investigativo fueron Estados Unidos y China sumando entre ambos el 27,48% de las publicaciones totales.

ABSTRACT A total of 131 research publications on solar tracking systems were identified in the 2007-2017 period, from the data hosted in the online version of SCI-Expanded, Thomson Reuters Web of Science, for bibliometric analysis. The analysis included the publication results, the keywords distribution, the journals, and the performance of countries, institutions, and authors. Citing trends and highly cited publications are also reported. It was found that the result of the publication of related documents increased throughout the study period. The results showed that “solar”, “tracking” and “system” were the most frequent terms in the publication titles. The most productive institution was the King Abdulaziz University in Saudi Arabia, in addition to the participation of 202 institutions, which shows a great research interest worldwide. It was found that the articles became more collaborative with a greater number of authors and bibliographic references. The most influential countries in this research field were the United States and China, which together accounted for 27,48% of total publications.

Diseño de un sistema de reconocimiento de gestos no móviles mediante el procesamiento digital de imágenes

RESUMEN Lengua de Señas Colombiana o L.S.C. es el lenguaje de señas autóctono utilizado por las personas sordas para comunicarse en Colombia. Se compone de movimientos y expresiones realizadas con diferentes partes del cuerpo, especialmente las manos. En Colombia, hoy en día, hay una gran ausencia de tecnologías encaminadas al aprendizaje e interpretación de éste; por ende, es un compromiso social, llevar a cabo iniciativas que promuevan la mejora de la calidad de vida de la población sordomuda del país. En este artículo se muestra el proceso de diseño e implementación de un sistema de reconocimiento de gestos no móviles usando como principal herramienta de desarrollo el entorno de Matlab, donde se implementó el algoritmo SIFT (“Scale Invarian Feature Transform”). El sistema permite la visualización de la imagen adquirida y su traducción al lenguaje de señas colombiano respectivamente. A través de la identificación de puntos clave en las imágenes y su posterior comparación con patrones SIFT en la base de datos del sistema es posible obtener la traducción. La herramienta realiza el reconocimiento de las 20 letras no móviles de este conjunto, implementando una interfaz gráfica en Matlab para una mejor visualización, fácil acceso y uso por parte del usuario. Se comprueba una mejor respuesta del sistema mediante la utilización de un estandarizador de imagen, en este caso, un guante quirúrgico, generando un porcentaje de fiabilidad del 77%,y la necesidad del uso del mismo. Se plantea para continuidad de una segunda fase del proyecto la optimización del sistema aplicando métodos de redes neuronales en tiempo real, generando un mayor impacto para las necesidades actuales de la población colombiana.

ABSTRACT Sign language L.S.C. (Lengua de Señas Colombiana) is a native language which chiefly uses manual communication to convey meaning. This can involve simultaneously combining hand shapes, movement and orientation of the hands, arms or body, and even facial expressions to convey a speaker’s ideas. Currently in Colombia, there is an absence of technology focus on teaching and interpreting this language; for this reason, it’s interesting and a social commitment to e carry out initiatives that promote life quality improvement for the country’s deaf-mute population. In this article, the design and implementation process of a static hand gesture recognition system is shown, for this task we used Matlab as computing environment and the Scale Invariant Features Transform (SIFT) method to extract characteristics from the image. Our system allows the acquired image visualization and its corresponding translation to the colombian sign language. Through key points identification and their comparison with SIFT features in the system data base makes possible to retrieve the translation. The system can recognize 20 static letters from the Colombian Sign Languages, a graphical interface was implemented in Matlab that provides better visualization, simple access to the system and high usability. A better response of the system is noticed when a standardized element of the image is used, in our case, a surgical glove. As future work, we propose to apply neural networks to improvement of the tool, and a real time implementation, which can generate a greater impact for the current needs of the colombian population.

Aplicación del control estadístico multivariado para medir la capacidad del proceso de fabricación de resortes de compresión en acero inoxidable

RESUMEN La mayor exigencia de los clientes en el cumplimiento de las especificaciones de los productos ha implicado que las industrias aumenten esfuerzos en el análisis y control de las características del producto a lo largo de su producción. El control estadístico multivariado es una herramienta que permite evaluar el cumplimiento de las especificaciones de un producto cuando para determinar su conformidad este tiene dos o más características relacionadas. El objetivo de este artículo consiste en la aplicación del control estadístico multivariado para medir la capacidad del proceso de fabricación de resortes de compresión en acero inoxidable, teniendo en cuenta que este producto es conforme si se cumplen en simultáneo diferentes características. En este estudio se realizó la carta de control multivariada para determinar los parámetros del proceso y luego se calculó el índice de capacidad multivariado para revisar cumplimiento. Los resultados permitieron evidenciar que el proceso en la fase inicial estaba en control y era capaz de cumplir las especificaciones, pero luego en la segunda fase se encontró un proceso con alta variabilidad y poca capacidad de cumplimiento.

ABSTRACT The greater requirement of the clients in the fulfillment of the specifications of the products has implied that the industries increase efforts in the analysis and control of the characteristics of the product throughout its production. The multivariate statistical control is a tool that allows evaluating compliance with the specifications of a product when to determine its compliance it has two or more related characteristics. The objective of this article consists of the application of multivariate statistical control to measure the capacity of the manufacturing process of compression springs in stainless steel, taking into account that this product is compliant if different characteristics are fulfilled simultaneously. In this study, the multivariate control chart was used to determine the parameters of the process and then the multivariate capability index was calculated to check compliance. The results made it possible to show that the process in the initial phase was in control and was capable of complying with the specifications, but then in the second phase, a process with high variability and little compliance capability was found.

Estrategia de control cooperativo basada en las teorías de distribución ideal libre y balance de carga para aplicaciones de vigilancia y monitoreo

RESUMEN El presente artículo de investigación aplicada muestra el desarrollo y simulación de un sistema multi-agente para realizar tareas de vigilancia y monitoreo, en el cual, un equipo de agentes autónomos a partir de reglas simples, con conocimiento local, y basado en la teoría de la distribución ideal libre, y en la técnica de balance de carga [1], los agentes logran exhibir una conducta cooperativa para cubrir de manera eficiente un terreno y así llevar a cabo la tarea de forrajeo. El modelo del sistema multi-agente es evaluado mediante una simulación en la que, a partir de un cultivo determinado con plantas infectadas, los agente deben distribuirse acorde a un diagrama de Voronoi, de tal forma que cada región del cultivo este siendo monitoreada por un grupo de agentes acorde al tamaño de la región y a la cantidad de agentes que se encuentran en ella. Los resultados muestran claramente que la estrategia de balance de carga mediante la distribución ideal libre presenta una ventaja significativa en la detección y eliminación de puntos infectados con respecto a una estrategia en la que no se desarrolla una partición del terreno, aun así, ambas estrategias logran exhibir una conducta cooperativa en los agentes.

ABSTRACT This paper presents the development and simulation of a multi-agent system to perform surveillance and monitoring tasks, in which a team of autonomous agents based on simple rules, with local knowledge, and based on the theory of ideal free distribution, and in the technique of load balancing [1], agents manage to exhibit cooperative behavior to efficiently cover a terrain and thus carry out the task of foraging. The model of the multi-agent system is evaluated through a simulation in which, from a certain crop with infected plants, the agents must be distributed according to a Voronoi diagram, so that each region of the crop is being monitored by a group of agents according to the size of the region. The results clearly show that the load balancing strategy through free ideal distribution presents a significant advantage in the detection and elimination of infected points with respect to a strategy in which no partitioning of the land is developed, even so, both strategies achieve exhibit cooperative behavior in the agents.

Caracterización microestructural de la aleación de titanio Ti6Al4V oxidada térmicamente

RESUMEN El objetivo de este artículo es analizar el efecto de la oxidación térmica en el cambio microestructural de propiedades mecánicas de la aleación Ti6Al4V. Las muestras de titanio fueron sometidas a tratamiento de oxidación térmica entre 450°C y 850°C por espacio de 2 horas y enfriamiento lento. La morfología superficial fue analizada mediante microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X y análisis de dureza. Con la oxidación térmica se generó una película de óxido tipo TiO2, la cual incrementó su espesor con la temperatura, de igual forma con este aumento de temperatura la dureza del material aumentó en un 40% a 850°C con respecto al material sin tratamiento. Los resultados además mostraron que a partir de 800°C ya se muestra en su totalidad estructuras de rutilo en la superficie de las muestras.

ABSTRACT The objective of this article was to analyze the effect of thermal oxidation on microstructural change and hardness properties of Ti6Al4V alloy. Titanium samples were subjected to a thermal oxidation treatment from 450°C to 850°C for 2 hours with slow cooling. The superficial morphology was analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and hardness analysis. A TiO2 oxide film was generated with thermal oxidation, film that increased its thickness with the temperature. Additionally, this increment of temperature also increased the hardness of the material in 40% at 850°C compared to the material without treatment. The results also showed that entire rutile structures were observed on the surface of the samples from 800°C.

Despacho de energía óptimo en múltiples periodos de tiempo considerando la variabilidad y la incertidumbre de la generación a partir de fuentes renovables

RESUMEN En este documento se especificarán los resultados obtenidos al desarrollar una función de optimización de costos para el despacho de energía en múltiples (6) periodos de tiempo considerando la variabilidad y la incertidumbre de diversas fuentes de generación de energías renovables como lo son el sol, el viento, además de los ciclos de carga de Vehículos Eléctricos (VE) en una red de generación distribuida. El algoritmo de optimización heurístico utilizado fue tipo DEEPSO (combinación de enjambre de partículas y evolución diferencial) en el cual se tuvo en cuenta costos de penalización por la sub o sobre estimación del potencial energético, penalizaciones por limitaciones físicas del sistema, además de la optimización del flujo de potencia mediante la inyección de reactivos con capacitores tipo shunt o mediante la utilización de taps de transformadores. El resultado final de la investigación fue el desarrollo de un algoritmo tipo DEEPSO para la optimización del despacho económico de energía en sistemas de potencia con alta penetración de fuentes renovables.

ABSTRACT This document will specify the results obtained by developing a cost optimization function for the dispatch of energy in multiple (6) periods of time considering the variability and uncertainty of various sources of generation in renewable energies such as the sun, wind, in addition to the charging cycles of Electric Vehicles (VE) in a distributed generation network. The heuristic optimization algorithm used was DEEPSO type, which took into account penalty costs for the sub or over estimation of the energy potential, penalties for physical limitations of the system, besides the optimization of the power flow through the injection of reagents with shunt capacitors or through the use of transformer taps. The final result of the research was the development of a DEEPSO algorithm for the optimization of the economic dispatch of energy in power systems with high penetration from renewable sources.

Diseño técnico y económico de un banco de prueba solar fotovoltaico para generación de energía eléctrica de forma aislada

RESUMEN En este artículo se presenta el diseño técnico y económico de un banco de prueba solar fotovoltaico para suministro de energía eléctrica de forma aislada la cual fue motivada principalmente por la importancia que tiene el desarrollo de las energías renovables en la región Caribe colombiana, y la necesidad de implementar en la Universidad del Atlántico un programa integral para la evaluación y aprovechamiento del recurso renovable, en este caso el recurso solar. El proyecto se inicia con el análisis detallado de la información fundamental disponible en las diferentes bases de datos acerca de investigaciones afines, posteriormente se utilizaron datos de radiación solar de la zona de estudio para proceder a aplicar un método de dimensionado del sistema fotovoltaico aislado y por último, se realiza el análisis económico del sistema. Los resultados obtenidos muestran que para el diseño de un sistema de este tipo es primordial un análisis de disponibilidad solar en el lugar de la instalación con el fin de dimensionar adecuadamente todos sus componentes y que éste sea apto para funcionar de forma eficiente supliendo la corriente adecuada para mover las cargas tenidas en cuenta en el diseño. El análisis económico indica que se deben tener en cuenta los diferentes incentivos tributarios para que estos proyectos puedan ser viables y se pueda recuperar su inversión en el menor tiempo posible.

ABSTRACT A technical and economic design of a solar photo voltaic test bench for off grid electricity generation is presented in this paper. This work us based on the relevance of solar energy in the development of renewable energies technologies in Colombian Caribbean region, and the necessity to conduct and implement an overall program for evaluation and development of renewable resources leaded by Universidad del Atlántico. The project starts with a detailed analysis of available information from different data bases about similar researches, consequently, solar radiation data from the sample zone were used to apply a dimensioning method for an off grid solar photo voltaic system, allowing to conduct an economic analysis of the system. Results show that a solar energy availability analysis is primary and essential for a design of solar photo voltaic system in the assembly places in order to properly determine the physical dimensions of the devices, components, and structure so that the equipment can be considered acceptable to efficiently work in the determined place, satisfactorily supplying the necessary power with respect to the electrical energy demand calculate in the zone. the economic analysis points out that fiscal incentives have to be taken in consideration so that this type of projects might be profitable with a proper payback period.

Análisis de las tendencias de los resultados de investigación en producción de biodiésel de 2009 a 2016

RESUMEN El presente estudio se realizó con el fin de evaluar la producción mundial científica relacionado a la producción del combustible biodiésel tomando bases e información de los años abarcados entre 2009-2016. Los resultados de las publicaciones, revistas, categorías de los temas, instituciones fueron analizados para hallar la producción investigativa mundial del biodiésel. Además, se aplicó el “análisis de conglomerados de palabras” (Word cluster analysis) para mostrar una visión sobre las tendencias acerca de la fabricación y producción del biodiésel. Los resultados indican que las publicaciones anuales sobre la producción de biodiésel se fue incrementando a partir del año 2009 y con un avance significativo de casi el doble entre los años 2010 y 2011. China y Malasia con 3 instituciones a nivel mundial están en el top 10 de instituciones contribuyente con relación a la producción de biodiésel en los últimos años.

ABSTRACT This study was carried out in order to evaluate the global scientific production related to the production of biodiesel fuel taking into account bases and information from the years covered from 2009-2016. The results of publications, journals, subject categories, institutions were analyzed to find the worldwide research output of biodiesel. In addition, “Word cluster analysis” was applied to show a view of trends in biodiesel production and its manufacture. The results indicate that the annual publications on biodiesel production have been increasing since 2009 and with a significant advance of almost double between 2010 and 2011. China and Malaysia with 3 institutions worldwide are in the top 10 contributing institutions in relation to biodiesel production in recent years.

Ensayo de coagulantes naturales extraídos de Ipomoea incarnata y Moringa oleífera en la depuración de aguas residuales industriales en Cartagena de Indias

RESUMEN El agua residual industrial posee características que deben ser tratadas debido a la presencia de impurezas como sólidos suspendidos, microorganismos, materia orgánica, minerales y otros. Una de las opciones consideradas para poder alcanzar altos niveles de calidad del agua tratada y desempeño del proceso es el uso de los coagulantes. En la actualidad, los más comunes para el tratamiento de aguas son compuestos inorgánicos que generan grandes desventajas asociadas a altos costos e impactos ambientales. Por lo anterior dentro de esta investigación se evaluaron los coagulantes naturales de Ipomoea incarnata y Moringa oleífera a partir del método de extracción soxhlet, frente a los coagulantes convencionales en aguas residuales industriales de Sentinas y de Curtiembre las cuales generan consecuencias que afectan directamente los cuerpos de agua a las cuales se vierten, obteniéndose resultados que confirman que la Ipomoea incarnata y Moringa oleífera se pueden utilizar como posibles alternativas de origen natural en la depuración de aguas residuales industriales, ya que además de garantizar la eficiencia de remoción de turbidez, presentan características de biodegradabilidad que lo convierten en una alternativa viable desde el punto de vista ambiental.

ABSTRACT Industrial wastewater needs to be treated due to the presence of impurities such as suspended solids, microorganisms, organic matter, minerals and others. One of the use of coagulants is one of the considered options to reach high levels of treated water quality and process performance is the use of coagulants. At present, the most common for water treatment are inorganic compounds that generate great disadvantages associated with high environmental costs and impacts. Therefore, within this research, the natural coagulants of Ipomoea incarnata and Moringa oleifera were evaluated using the soxhlet extraction method, compared to the conventional coagulants in industrial wastewater from ship sample and tannery, which generate consequences that directly affect of water sources to which they are discharged, obtaining results that confirm that Ipomoea incarnata and Moringa oleifera can be used as possible alternatives of natural origin in the purification of industrial wastewater, since also to guaranteeing the efficiency of removal of turbidity, they present characteristics of biodegradability that make it a viable alternative from the environmental point of view.