Ingeniería y Ciencia

Cambios en la política editorial de Ingeniería y Ciencia

A Remark on the Heat Equation and Minimal Morse Functions on Tori and Spheres

Let (M, g) be a compact, connected riemannian manifold that is homogeneous, i.e. each pair of points p, q M have isometric neighborhoods. This paper is a first step towards an understanding of the extent to which it is true that for each ''generic'' initial condition f0, the solution to f /t = Δg f, f (, 0) = f0 is such that for sufficiently large t, f(, t) is a minimal Morse function, i.e., a Morse function whose total number of critical points is the minimal possible on M. In this paper we show that this is true for flat tori and round spheres in all dimensions.

Sea (M, g) una variedad riemanniana que es compacta, conexa y homogénea, es decir, tal que cada par de puntos p, q M tienen vecindades isométricas. Este artículo constituye un primer paso en el estudio de qué tan general es el hecho de que para cada condición inicial ''genérica'' f0 en (M, g), la solución de f /t = Δg f, f (, 0) = f0 es tal que para t suficientemente grande, f(, t) es una función de Morse minimal, es decir, una función de Morse cuyo número total de puntos críticos es el mínimo posible en M. En este artículo se muestra que esto es cierto en el caso de toros planos y esferas redondas, de todas las dimensiones.

Two-Dimensional Meshless Solution of the Non-Linear Convection-Diffusion-Reaction Equation by the Local Hermitian Interpolation Method

A meshless numerical scheme is developed for solving a generic version of the non-linear convection-diffusion-reaction equation in two-dimensional domains. The Local Hermitian Interpolation (LHI) method is employed for the spatial discretization and several strategies are implemented for the solution of the resulting non-linear equation system, among them the Picard iteration, the Newton Raphson method and a truncated version of the Homotopy Analysis Method (HAM). The LHI method is a local collocation strategy in which Radial Basis Functions (RBFs) are employed to build the interpolation function. Unlike the original Kansa's Method, the LHI is applied locally and the boundary and governing equation differential operators are used to obtain the interpolation function, giving a symmetric and non-singular collocation matrix. Analytical and Numerical Jacobian matrices are tested for the Newton-Raphson method and the derivatives of the governing equation with respect to the homotopy parameter are obtained analytically. The numerical scheme is verified by comparing the obtained results to the one-dimensional Burgers' and two-dimensional Richards' analytical solutions. The same results are obtained for all the non-linear solvers tested, but better convergence rates are attained with the Newton Raphson method in a double iteration scheme.

Un método sin malla es desarrollado para solucionar una versión genérica de la ecuación no lineal de convección-difusión-reacción en dominios bidimensionales. El método de Interpolación Local Hermítica (LHI) es empleado para la discretización espacial, y diferentes estrategias son implementadas para solucionar el sistema de ecuaciones no lineales resultante, entre estas iteración de Picard, método de Newton-Raphson y el Método de Homotopía truncado (HAM). En el método LHI las Funciones de Base Radial (RBFs) son empleadas para construir una función de interpolación. A diferencia del Método de Kansa, el LHI es aplicado localmente y los operadores diferenciales de las condiciones de frontera y la ecuación gobernante son utilizados para construir la función de interpolación, obteniéndose una matriz de colocación simétrica. El método de Newton-Rapshon se implementa con matriz Jacobiana analítica y numérica, y las derivadas de la ecuación gobernante con respecto al paramétro de homotopía son obtenidas analíticamente. El esquema numérico es verificado mediante la comparación de resultados con las soluciones analíticas de las ecuaciones de Burgers en una dimensión y Richards en dos dimensiones. Similares resultados son obtenidos para todos los solucionadores que se probaron, pero mejores ratas de convergencia son logradas con el método de Newton-Raphson en doble iteración.

Error Estimates for a Multidimensional Meshfree Galerkin Method with Diffuse Derivatives and Stabilization

A meshfree method with diffuse derivatives and a penalty stabilization is developed. An error analysis for the approximation of the solution of a general elliptic differential equation, in several dimensions, with Neumann boundary conditions is provided. Theoretical and numerical results show that the approximation error and the convergence rate are better than the diffuse element method.

Se presenta un método libre de mallas con derivadas difusas y estabilización por penalización. Un análisis de error para la aproximación de la solución de una ecuación elíptica general en múltiples dimensiones, con condiciones de frontera tipo Neumann es desarrollado. Resultados numéricos y teóricos muestran que el error de aproximación y la velocidad de convergencia son mejores que en el método de elementos difusos.

Class Schedule Assignment Based on Students Learning Rhythms Using A Genetic Algorithm

The objective of this proposal is to implement a school day agenda focused on the learning rhythms of students of elementary and secondary schools using a genetic algorithm. The methodology of this proposal takes into account legal requirements and constraints on the assignment of teachers and classrooms in public educational institutions in Colombia. In addition, this proposal provides a set of constraints focused on cognitive rhythms and subjects are scheduled at the most convenient times according to the area of knowledge. The genetic algorithm evolves through a process of mutation and selection and builds a total solution based on the best solutions for each group. Sixteen groups in a school are tested and the results of class schedule assignments are presented. The quality of the solution obtained through the established approach is validated by comparing the results to the solutions obtained using another algorithm.

El objetivo de esta propuesta es implementar un horario escolar que tenga en cuenta los ritmos de aprendizaje en los estudiantes de educación primaria y secundaria, utilizando un algoritmo genético. La metodología considera los requerimientos legales y las restricciones necesarias para la asignación de maestros y aulas en instituciones educativas públicas de Colombia. Adicionalmente, se establecen un conjunto de restricciones relacionadas con el enfoque en los ritmos cognitivos, determinando las horas de la jornada en las que es más conveniente la ubicación de ciertas materias de acuerdo al área del conocimiento al que pertenecen. El algoritmo genético evoluciona mediante un proceso de mutación y selección, a través del cual se construye una solución completa a partir de la búsqueda de las mejores soluciones por grupo. Se presentan los resultados de las pruebas realizadas para la asignación de una institución con 16 grupos. La calidad de las soluciones obtenidas de acuerdo al enfoque establecido es validada mediante la comparación de los resultados obtenidos con las soluciones de otro algoritmo.

A Fully Discrete Finite Element Scheme for the Derrida-Lebowitz-Speer-Spohn Equation

The Derrida-Lebowitz-Speer-Spohn (DLSS) equation is a fourth order in space non-linear evolution equation. This equation arises in the study of interface fluctuations in spin systems and quantum semiconductor modelling. In this paper, we present a finite element discretization for a exponential formulation of a coupled-equation approach to the DLSS equation. Using the available information about the physical phenomena, we are able to set the corresponding boundary conditions for the coupled system. We prove existence of the discrete solution by fixed point argument. Numerical results illustrate the quantum character of the equation. Finally a test of order of convergence of the proposed discretization scheme is presented.

La ecuación de Derrida-Lebowitz-Speer-Spohn (DLSS) es una ecuación de evolución no lineal de cuarto orden. Esta aparece en el estudio de las fluctuaciones de interface de sistemas de espín y en la modelación de semicoductores cuánticos. En este artículo, se presenta una discretización por elementos finitos para una formulación exponencial de la ecuación DLSS abordada como un sistema acoplado de ecuaciones. Usando la información disponible acerca del fenómeno físico, se establecen las condiciones de contorno para el sistema acoplado. Se demuestra la existencia de la solución discreta global en el tiempo via un argumento de punto fijo. Los resultados numéricos ilustran el carácter cuántico de la ecuación. Finalmente se presenta un test del orden de convergencia de la discretización porpuesta.

A Fully-Discrete Finite Element Approximation for the Eddy Currents Problem

The eddy current model is obtained from Maxwell's equations by neglecting the displacement currents in the Ampère-Maxwell's law. The so-called ''A, V - A potential formulation'' is nowadays one of the most accepted formulations to solve the eddy current equations numerically, and Bíró & Valli have recently provided its well-posedness and convergence analysis for the time-harmonic eddy current problem. The aim of this paper is to extend the analysis performed by Bíró & Valli to the general transient eddy current model. We provide a backward-Euler fully-discrete approximation based on nodal finite elements and we show that the resulting discrete variational problem is well posed. Furthermore, error estimates that prove optimal convergence are settled.

El modelo de Eddy Current se obtiene a partir de las ecuaciones de Maxwell, despreciando las corrientes de desplazamiento de la Ley de Ampère-Maxwell. Bíró & Valli realizaron recientemente el análisis de existencia y unicidad de solución y el análisis teórico de convergencia para una de las formulaciones más populares del problema de Eddy Current en regimen armónico, conocida como ''formulación en potenciales A, V - A''. En el presente artículo se extiende el análisis realizado por Bíró & Valli al modelo evolutivo general de Eddy Current. Presentamos un esquema completamente discreto para la formulación, basado en una aproximación temporal usando un método de Euler implícito y una aproximación espacial a través del método de elementos finitos. Además, demostramos que el problema discreto resultante es un problema bien planteado y obtenemos estimaciones del error que muestran convergencia óptima.

Solution of the Rayleigh-Plesset Equation Through the Finite Element Method

En este trabajo se plantean soluciones numéricas a la ecuación de RayleighPlesset que describe la evolución de las burbujas en la cavitación. Para ello, se considera el MEFG (Método del Elemento Finito de Galerkin); tal simulación se realiza en un fluido invíscido e incompresible en un campo de temperatura uniforme, una tensión superficial esencialmente constante, y el modelo de cavitación en el flujo siendo la presión interna de las burbujas igual a la presión de vapor del fluido. De esta manera, para el problema se considera el problema de Dirichlet y se obtienen los criterios de frontera que auspician el fenómeno de cavitación a través del crecimiento de las burbujas o cavidades.

In this work we present numerical solutions of the Rayleigh-Plesset equation which describes the evolution of cavitating bubbles. In order to do that, we consider FEMG (Finite Element Method Galerkin); this simulation is performed for an inviscid and incompressible fluid in an uniform temperature field with constant surface tension, and the cavitation model into the which the pressure inside bubbles is equal to the fluid vapor pressure. Thus, in this problem is considered the Dirichlet boundary problem, and we obtained criteria for the boundary conditions at the cavitation phenomenon through to the which give rise to the bubble growing.

First-Principles Study of Structural and Electronic Properties of Chromium Nitride/Gallium Nitride Multilayer (CrN/GaN)

En este trabajo realizamos cálculos de primeros principios para investigar las propiedades estructurales y electrónicas de la multicapa 1x1 CrN/GaN. Los cálculos se realizan en las fases zincblenda y wurtzita, debido a que este es el estado base del nitruro de cromo CrN y el nitruro de galio GaN, respectivamente. Sin embargo, se estudia la estabilidad de la multicapa en la fase NaCl, con el fin predecir posibles transiciones de fase. Encontramos que la fase más favorable para multicapa, es la hexagonal tipo wurtzita, con posibilidad de pasar a la fase NaCl mediante la aplicación de una presión externa. Nuestros cálculos nos permiten predecir que la presión de transición es 13,5 GPa. A partir de la densidad de estados encontramos que la multicapa posee un comportamiento metálico debido a la hibridación de los orbitales Cr-d y N-p que atraviesan el nivel de Fermi.

In this work we perform first-principles calculations to investigate the structural and electronic properties of the 1x1 CrN/GaN multilayer. The calculations were executed in zincblende and wurtzite phase, since they are the ground states of chromium nitride CrN and gallium nitride GaN, respectively. However, we study the stability of the multilayer in the NaCl phase, in order to predict possible phase transitions. We found that the most favorable phase for the multilayer is the hexagonal wurtzite type, with possibility of passing to the NaCl phase by applying an external pressure. Our calculations indicate that the pressure of transition is 13,5 GPa. From the density of states, we found that the multilayer present a metallic behavior produced by the hybrid orbitals d-Cr and N-p that cross level Fermi.

Navegation System for Tubular Upper Digestive Tract

La endoscopia actual es una experiencia incómoda ya que su instrumental es de gran tamaño y magnitud, generando sensación de molestia al paciente durante el manejo que realiza el especialista de los dispositivos que se operan en el proceso. Se diseña un dispositivo a escala, que permita contrarrestar tal efecto mejorando el mecanismo de endoscopia; siendo éste un sistema más efectivo y ágil, comparado con la cápsula endoscópica y el equipo actual, por lo cual incluirá un sistema de toma de biopsias para analizar enfermedades gastroenterológicas o cánceres, con comunicación Bluetooth para la visualización del espacio digestivo en tiempo real.

The present endoscopy is an uncomfortable experience because these instruments are great size and magnitude, generating feelings of discomfort to the patient during the operation. It's designed a device to scale, allowing counteract this effect improving the mechanism of endoscopy, being this a more effective and flexible, compared with capsule endoscopy and endoscopy equipment present because will include a biopsy system for analyzing gastroenterological diseases or gastric cancers, with bluetooth communication for visualization of real-time space tract.

**Effect of the Presence of Inorganic Salts on the Photocatalytic Inactivation of E. Coli in Water**

En este artículo se presenta el efecto de las sales inorgánicas MgSO4, NaCl y CaCO3 en la desinfección fotocatalítica del agua. Se usó TiO2-P25 como fotocatalizador y E. Coli como microorganismo contaminante. Las pruebas de desinfección se realizaron mediante la iluminación controlada de reactores batch cargados con agua contaminada, sales y TiO2. Los resultados de estas pruebas fueron usados para determinar los parámetros cinéticos de un modelo tipo Langmuir-Hinshelwood. Se encontró que las sales tienen una fuerte influencia sobre la inactivación fotocatalítica de E. Coli, y que cada sal y su concentración afectan la desinfección de forma diferente y en el siguiente orden: NaCl>CaCO3>>MgSO4. Adicionalmente, el valor de los parámetros calculados fue diferente para cada sal, evidenciando que las sales afectan el proceso por varios mecanismos relacionados con las interacciones ion-bacteria, ion-especie oxidante e ion-TiO2.

This article presents the effect of inorganic salts MgSO4, NaCl and CaCO3on the photocatalytic water disinfection. TiO2-P25 was used as a photocatalyst, and E. Coli was used as a contaminant. Disinfection tests were performed by controlling lighting of batch reactors loaded with contaminated water, salts and TiO2. The results of these tests were used to determine the kinetic parameters of a type Langmuir-Hinshelwood model. It was found that the salts have a strong influence on the photocatalytic inactivation of E. Coli and that each salt and its concentration affect disinfection differently in the following order: NaCl>CaCO3 >>MgSO4. Additionally, the value of the calculated parameters was different for each salt, showing that the salts affect the process by several mechanisms related to the ion-bacteria interactions, ion-oxidizing species and ion-TiO2.

Application of a Method Based in Performance for the Seismic Analysis and Design of Reinforced Concrete Bridges

Se presenta la aplicación de una metodología que permite analizar la capacidad de un elemento estructural, basado en un predimensionamiento geométrico y una cuantía supuesta, deduciendo las curvaturas del equilibrio interno, para calcular los desplazamientos, las ductilidades y la fuerza sísmica máxima resistente, de manera que la aceleración estructural pueda ser verificada con el espectro de diseño de la zona sísmica del sitio, elástico o inelástico. Esta metodología permite realizar simultáneamente el análisis y el diseño estructural e ir teniendo en cuenta algunos parámetros importantes como la ductilidad y la capacidad de disipación de energía para el buen comportamiento de los puentes sometidos a fuerzas sísmicas.

It proposes an application of a methodology that analyzes the ability of a structural element, based on a geometric pre-dimensioning and a reinforcement supposed, finding from internal equilibrium curvatures to calculate displacements, ductility's and seismic forces resistant, so that acceleration can be verified with the design spectrum of the seismic zone of the site, elastic or inelastic. This method allows simultaneous analysis and structural design and managing some important parameters for optimal seismic performance of bridges.

Evaluation of Corrosion of Steel Embedded in Concrete Exposed to Carbonation AAS Using a Factorial Experiment with Repeated Measures

En este artículo se presentan las técnicas de evaluación de la corrosión, tales como potencial de corrosión, resistencia lineal a la polarización y pulso galvanostático a los concretos de activación alcalina (AAS) y Portland tipo I (OPC). El estudio se realizó por medio de modelos de análisis de varianza, aplicando un experimento factorial con tres factores, uno de ellos medida repetida, debido a que sobre la misma unidad experimental (concreto armado AAS y OPC) se ensayaron varias muestras para medirlas en el tiempo (0 h=1, 350 h=2, 700 h=3, 1050 h=4, 1700 h=5 y 2600 h=6), lo que hace que las observaciones no sean independientes; los otros dos factores corresponden al cementante (ce: 1=escoria activada alcalinamente [AAS] y 2=concreto Portland ordinario [OPC]) y la condición de exposición (ca: 1=exposición ambiente y 2=carbonatación acelerada), los cuales se discutieron en función de los resultados de las propiedades electroquímicas, donde se establecieron las diferencias en los materiales usados como recubrimiento del acero, concretos OPC y AAS. Los especímenes de concreto OPC exhibieron un potencial de reposo, y una resistencia de polarización y óhmica (condición CO2), superiores a los obtenidos en el concreto armado AAS.

This article presents various techniques for assessing corrosion, the linear polarization resistance and galvanostatic pulse, the analysis was performed using analysis of variance models using a factorial experiment with three factors, one repeated measure, because on the same experimental unit (reinforced concrete), it experienced several samples to be measured in time (0 h=1, 350 h=2, 700 h=3, 1050 h=4, 1700 h=5 y 2600 h=6). This makes the observations are not independent, the other two factors relate to, the binder (ce: 1 = activated slag [AAS] and 2 = ordinary Portland concrete [OPC]) and the exposure condition (ca: 1 = y 2 = environmental exposure accelerated carbonation). These factors were discussed according to the results of the electrochemical properties. Initially performed the statistical processing of each of the variables in relation to the properties and analyzed the interaction between them. Where they established the differences in materials used as coating steel, concrete, OPC and AAS. OPC concrete specimens, exhibited a resting potential, polarization resistance and ohmic (CO2 condition) than those obtained for reinforced concrete in AAS.

Reduction of computation time of Seismic Migration using FPGAs and GPGPUs: A review article

Este artículo hace una revisión entorno a los esfuerzos que actualmente se están realizando con el propósito de reducir el tiempo de cómputo de la MS. Nosotros introducimos los métodos más utilizados para realizar el proceso de Migración, así como también las dos arquitecturas computacionales que están ofreciendo mejores tiempos de procesamiento. Revisamos las implementaciones más representativas de este proceso sobre estas dos tecnologías y resumimos los aportes de cada una de estas investigaciones. El artículo finaliza con un análisis acerca de la dirección que deben tomar futuras investigaciones en esta área.

This article makes a review around the efforts that are currently being carried out in order to reduce the computation time of the MS. We introduce the methods used to make the migration process as well as the two computer architectures that are offering better processing times. We review the most representative implementations of this process on these two technologies and summarize the contributions of each of these investigations. The article ends with our analisys about the direction that future research should take in this area.