Ingeniería y Ciencia

La divulgación de la ciencia y el periodismo científico

Prototipo de un dispositivo para la investigación de los efectos del ultrasonido sobre procesos microbiológicos

Este artículo describe el desarrollo de un prototipo multifuncional que suministra dosis de ultrasonido a una muestra contenida en una caja de Petri, en frecuencias comprendidas entre 18 y 30 KHz y con intensidades que van desde los 0,3 mW/m² hasta los 1,5 mW/m². Este dispositivo garantiza la supervivencia de la muestra mediante un sistema de micro-incubación, operado por un sistema de control y monitoreo de temperatura. Además, el prototipo puede detectar cambios, inherentes al proceso microbiológico estudiado, por medio de un sistema basado en nefelometría láser. El usuario puede escoger, para un experimento específico, el valor de los parámetros mencionados y analizar los datos generados a través de una aplicación computacional especialmente diseñada para presentarlos en tablas de datos, imágenes y estadísticas.

This article describes the development of a multifunctional prototype which supplies ultrasound to a sample in a Petri dish, between 18 KHz and 30 KHz frequencies, with intensities from 0.3 mW/m² to 1.5 mW/m². This device guarantees sample survival with a micro-incubating system, operated by a control system and temperature monitoring. In addition, the prototype detects changes regarding the microbiological process in question, with a self-based laser-nephelometry system. The user would be able to choose parameters values mentioned, for a certain experiment, and analyze output data tables, images and statistics generated by a computer application specially designed to present this data.

Análisis del efecto de la porosidad y forma de un stent en un aneurisma sacular intracraneal utilizando el método Lattice Boltzmann

En este artículo se presenta un analísis de los patrones de flujo sanguíneo en un aneurisma sacular intracraneal y los efectos de la forma y la porosidad de los stents empleados en tratamientos endovasculares. En este estudio se empleará el criterio de reducción del flujo para caracterizar la eficiencia del stent. Se evaluarán las propiedades hemodinámicas de un flujo sanguíneo newtoniano dentro del aneurisma a partir del método de Lattice Boltzmann (LBM). Se proponen algunos valores de porosidad y forma de stent para el análisis. En todos los casos de stent analizados se observa una reducción de velocidades y presiones y un aumento de viscosidad. Se observa además que el stent de contorno rectangular es el caso óptimo y reduce la magnitud de la velocidad del flujo en el interior del aneurisma hasta en un 76 %. Los resultados obtenidos ayudan a entender el papel de la forma y porosidad en el diseño de un stent.

This article presents an analysis of blood flow patterns in intracranial saccular aneurysm and the effects of the shape and porosity of the stents used in endovascular treatments. In this study will be used the flow reduction criteria for characterizing the efficiency of the stent. The hemodynamic properties of a newtonian blood flow into the aneurysm will be evaluated using the Lattice Boltzmann method (LBM). Porosity values and stent forms are proposed for analysis. In all stent cases analyzed is observed a reduction of velocity and pressure and an increase in viscosity. It is further noted that the rectangular contour stent is the optimal case and reduces the magnitude of the flow velocity inside the aneurysm much as 76%. The results help to understand the role of porosity in the form and design of a stent.

**Caracterización físico-química y microbiológica de la miel de Apis mellifera sp. del Suroeste de Antioquia, Colombia**

Characterizations of Apis mellifera honey produced in Southwest of Antioquia, an important coffee region of Colombia, have not been published in recent years. In the present work, seven samples of honey collected in the mentioned region, were physically (refractive index, specific rotation, density), chemically (moisture content, water activity, pH, free acidity, carbohydrates) and microbiologically (Clostridium, fungi and yeast) analyzed. The results show that the analyzed honeys meet both national (Resolución 1057 of 2010) and International (Codex-Stan 12 of 1981) standards for moisture content, free acidity, sucrose content and microbiological parameters, indicating their good quality. Fructose/glucose ratio, pH and specific rotation values indicate that the samples are blossom honeys.

Caracterizaciones de miel de Apis mellifera producida en el Suroeste de Antioquia, una región cafetera de Colombia, no se han publicado recientemente. En el presente trabajo, siete muestras de miel recolectadas en la región mencionada, fueron físicamente (índice de refracción, rotación específica, densidad), químicamente (contenido de humedad, actividad acuosa, pH, acidez libre, carbohidratos), y microbiológicamente (Clostridium, hongos y levaduras) analizadas. Los resultados muestran que las mieles analizadas cumplen tanto los estándares nacionales (Resolución 1057 de 2010) como internacionales (Codex-Stan 12 de 1981) para contenido de humedad, acidez libre, contenido de sacarosa y los parámetros microbiológicos, indicando su buena calidad. Los valores de relación fructosa/glucosa, pH y rotación específica indican que las muestras son mieles florales.

Diseño Box-Behnken para la optimización de la adsorción del colorante azul ácido sobre residuos de flores

En este artículo se determinaron las mejores condiciones para la remoción del colorante Azul Ácido 9 (AA9) a través de un diseño factorial completo 2³ y su posterior optimización mediante un diseño de superficie Box- Behnken utilizando tallos de flores (TF) como material adsorbente. Las variables evaluadas fueron dosis de adsorbente (D), concentración de colorante (C) y tiempo de contacto (t). El contenido del colorante se cuantificó por espectrometría UV-Vis. El modelo estadístico presentó un adecuado coeficiente de ajuste (R² = 99,18 %), permitiendo alcanzar una remoción del 98,5% con una dosificación de 7,8 gL-1, concentración de colorante de 11,7 mg-1 y tiempo de contacto de 104 min. Estos resultados sugieren que los residuos de flores constituyen un material adsorbente alternativo y potencial para el tratamiento de colorantes ácidos disueltos.

In this paper we identified the best conditions for the removal of Acid Blue 9 dye (AB9) using flower wastes (FW) as an adsorbent were determined using a full factorial 2³ and a Box-Behnken design for further optimization. Adsorbent dose (D), dye concentration (C) and contact time (t), were the assessed variables. The dye content was quantified by UV-Vis spectrometry. The statistical model presented an adequate adjustment coefficient (R2 = 99,18%), allowing to achieve a removal of 98,5% with a dosage of 7,8 gL-1, dye concentration of 7,11 mgL-1 and contact time of 104 min. These results suggest that flowers wastes are an alternative and potential adsorbent material for the treatment of dissolved acid dyes.

Secante hiperbólica generalizada y un método de estimación de sus parámetros: máxima verosimilitud modificada

Diversas distribuciones generalizadas se desarrollan en la literatura estadística, entre ellas se encuentra la distribución Secante Hiperbólica Generalizada (SHG). En este documento se presenta un método alternativo para la estimación de los parámetros poblacionales de la SHG, llamado Máxima Verosimilitud Modificada (MVM). Asumiendo algunas expresiones alternas que difieren con el trabajo de Vaughan en el 2002 y basándose en el mismo conjunto de datos de la fuente original. Se implementa computacionalmente el método transformado de MVM, permitiendo observar unas buenas aproximaciones de los valores de los parámetros de localización y escala, presentados por Vaughan en su artículo. Con esto se pretende que en la práctica se cuente con una metodología diferente para estimar.

Different generalized distributions are developed in the statistical literature, among them it is the generalized secant hyperbolic distribution (SHG). This paper presents an alternative method for estimation the population parameters of the SHG, called Modified Maximum Likelihood (MVM). Assuming some alternate expressions that are different from Vaughan´s work in 2002, and based on the same set of data from the original source. It is implemented, the transformed method MVM is implemented computationally, it allows us to observe good approximations of the exact values of the parameters of location and scale, presented by Vaughan in his article. The aim is that in the practice you can use a different methodology to estimate.

Elección de la constante de ponderación en diseños óptimos compuestos: Diseños cD-óptimos

Se proponen dos metodologías alternativas para la elección de la constante de ponderación en diseños cD-óptimos. Las metodologías están basadas en el cálculo de la potencia de las pruebas de hipótesis asociadas tanto a la significancia de los parámetros del modelo bajo estudio como a la función no lineal de interés. Se describen las dos metodologías junto con la metodología existente en la literatura del cálculo de las eficiencias de los diseños individuales. Con un ejemplo se exhibe la búsqueda de la constante de ponderación con las dos metodologías propuestas y se compara con la metodología de las eficiencias, obteniendo diseños cD-óptimos con potencias altas y errores relativos pequeños, e incluso mejores que el diseño obtenido con la metodología existente.

Two alternative methods for choosing the weighting constant in cD-optimal designs are proposed. The methods are based on power hypothesis testing associated with both the significance of model parameters under study as the significance of a nonlinear function of interest. The two methodologies and the existing methodology in the literature (efficiencies methodology) are described. With an example, the weighting constant is found with methodologies proposed and is compared with the methodology of efficiencies. cD-optimal designs with higher powers, small relative errors and even better than the optimal designs with the efficiencies methodology are obtained.

Modelos relativistas de discos delgados inmersos en un espacio-tiempo tipo Robertson-Walker

Using the well known ''displace, cut and reflect'' method used to generate disks from given solutions of Einstein field equations, we construct some relativistic models of time dependent thin disks of infinite extension made of a perfect fluid based on the Robertson-Walker metric. Two simple families of models of disks based on Robertson-Walker solutions admitting Matter and Ricci collineations are presented. We obtain disks that are in agreement with all the energy conditions.

Usando el método de ''desplazamiento, corte y reflexión'' se construyen algunos modelos relativistas exactas de soluciones que representan discos delgados de extensión infinita, dependientes del tiempo y hechos de un fluido perfecto, basados en la métrica de Robertson-Walker. Se presentan dos familias simples de modelos de discos basados sobre el espacio tiempo de Robertson-Walker que admiten colineaciones de Ricci y de materia. Se obtienen modelos de discos que satisfacen todas las condiciones de energía.

Localización anómala de la luz en superredes fotónicas unidimensionales desordenadas

The Anderson localization of light in one-dimensional disordered photonic superlattices is theoretically studied. The system is considered to be made of alternating dispersive and nondispersive layers of different randomthickness. Dispersive slabs of the heterostructure are characterized by Drude-like frequency-dependent electric permittivities and magnetic permeabilities. Numerical results for the localization length are obtained via an analytical model, only valid in the case of weak disorder, and also through its general definition involving the transmissivity of the multilayered system. Anomalous λ4- and λ-4-dependencies of the localization length in positive-negative disordered photonic superlattices are obtained, in certain cases, in the long and short wavelength limits, respectively.

La localización de Anderson de la luz en superredes fotónicas desordenadas unidimensionales es estudiada teóricamente. El sistema se considera compuesto de capas alternadas dispersivas y no dispersivas de diferentes espesores aleatorios. Las capas dispersivas de la heteroestructura están caracterizadas por permitividades eléctricas y permeabilidades magnéticas tipo Drude dependientes de la frecuencia. Los resultados numéricos para la longitud de la localización son obtenidos mediante un modelo analítico, solo válido en caso de desorden débil, y también a través de la definición general que involucra la transmisividad del sistema multicapas. Las dependencias anómalas λ4 y λ-4 de la longitud de localización en superredes fotónicas desordenadas son obtenidas, en ciertos casos, en los límites de longitudes de onda larga y corta, respectivamente.

Modelo analítico para el transporte electrónico en películas delgadas semiconductoras

Los semiconductores policristalinos son materiales que a menudo presentan propiedades eléctricas inusuales. En el modelo se supone que los cristales están formados por material semiconductor, el grano en sí, el cual está rodeado por material altamente desordenado y resistivo, la frontera de grano. La frontera de grano perturba la periodicidad estructural del cristal dando origen a estados electrónicos localizados en el interior de la brecha de energía prohibida. La existencia de estos estados favorece el atrapamiento de carga en las fronteras de grano y al doblamiento de las bandas de energía. Este doblamiento se caracteriza por un potencial de barrera y una zona de carga espacial, las cuales gobiernan el transporte electrónico a través de la frontera de grano. El modelo utiliza las teorías de difusión y deriva de portadores, de emisión termoiónica e incluye además, la teoría de tunelamiento cuántico de portadores a través de la barrera de potencial. Dado que la estructura de las películas delgadas de trióxido de Molibdeno (MoO3) obtenidas por atomización pirolítica es de tipo granular y de tamaño nanométrico, el modelo analítico explica el comportamiento de la característica Corriente - Voltaje (I-V) de las películas.

Polycrystalline semiconductors are materials who often exhibit unusual electrical properties. In the model we assume that the crystals are composed of semiconductor material, the grain itself, which is surrounded by highly disordered and resistive materials, the grain boundary. The grain boundary disturbs the structural regularity of the crystal giving rise to localized electronic states within the energy gap. The existence of these states promotes the charge trapping at the grain boundaries and the bending of the energy bands. This bending is characterized by a potential barrier and a space charge zone which control the electron transport through the grain boundary. The model uses the diffusion and drift carriers theories, and thermoionic emission, and the quantum tunneling of carriers through the potential barrier was also taken into consideration. Since the structure of the thin films of molybdenum trioxide (MoO3) obtained through spray pyrolysis is granular and nanosize, the model described the behavior of the current-voltage characteristic (I-V) of the films.

Reconocimiento automatizado de señales bioacústicas: Una revisión de métodos y aplicaciones

Durante la última década se ha publicado una gran cantidad de estudios de investigación y aplicaciones sobre monitoreo bioacústico automatizado; no obstante, tales estudios están dispersos en la literatura de ingeniería y ciencias biológicas. En este artículo se presentan conceptos fundamentales sobre monitoreo bioacústico automatizado; se revisan, comparan y categorizan -en una taxonomía de técnicas de DSP/PR- las contribuciones de las investigaciones y las aplicaciones publicadas; se sugieren algunas direcciones para investigaciones futuras y se resaltan los retos y las oportunidades relacionados con la instalación de esta tecnología en Colombia.

During the past decade, numerous research studies and applications on automated bioacoustic monitoring have been published; however, such studies are scattered in the literature of engineering and life sciences. This paper presents a review on fundamental concepts of automated acoustic monitoring. Our aim is to compare and categorize -in a taxonomy of techniques DSP/PR- the contributions of published research studies and applications; in order to suggest some directions for future research and highlight challenges and opportunities related to the deployment of this technology in Colombia.

Tecia solanivora, Povolny (Lepidoptera: Gelechiidae): una revisión sobre su origen, dispersión y estrategias de control biológico

En 1956, Tecia solanivora fue reportada por primera vez en Centroamérica. Este insecto Lepidóptero de la familia Gelechiidae fue encontrado causando daños graves a los cultivos de papa (Solanum tuberosum), lo que afectó negativamente la economía local. Aunque este insecto tiene movilidad reducida, ha invadido varios países en Centro y Sur América así como las Islas Canarias en España. El daño causado por T. solanivora ha sido detectado en tubérculos cosechados en campo y en almacenamiento. El Impacto económico de la plaga en países del área andina es mucho mas serio que en Centro América, principalmente debido a que la papa es un importante alimento básico de las familias y su producción es intensiva. Por lo tanto, T. solanivora es considerada el insecto plaga mas perjudicial del cultivo de la papa en diferentes países. Esta revisión se enfoca en el actual conocimiento científico alrededor de T. solanivora, el cual incluye su origen y dispersión a través de los países, las implicaciones en los cultivos de papa, las estrategias para controlar su impacto. Adicionalmente, el conocimiento generado desde la filogeografía y genética de poblaciones de T. solanivora, se discute como estrategia complementaria para enfrentar esta plaga.

In 1956, Tecia solanivora was reported by the first time in Central America. This Lepidopteran insect of the Gelechiidae family was found to severely damage potato crops (Solanum tuberosum), which adversely affected local economy. Although this insect has reduced mobility, it has invaded several countries in Central and South America as well as the Canary Islands in Spain. The damage caused by T. solanivora has been detected in both field crops and stored tubers. The economic impact of the pest in countries of the Andean area is much more serious than in Central America, mainly because potato is an important family staple and production is very intensive. Therefore, T. solanivora is considered the most damaging crop insect pest in such countries. This review focuses on the actual scientific knowledge on T. solanivora, which includes its origin and spread across different countries, implications, strategies for controlling its impact. In addition, current knowledge generated from phylogeography and population genetics of T. solanivora are discussed as complementary strategies to deal with this pest.

Estudios ornitológicos urbanos en Colombia: revisión de literatura

Este artículo examina la información que se ha producido en revistas arbitradas sobre las aves de las ciudades colombianas, complementando un artículo de revisión Latinoamericano publicado recientemente. Esta revisión identifica un total de 55 artículos en doce ciudades colombianas, lo cual excede en 50 el número de estudios previamente considerado. Los Listados de Especies y los Estudios Ecológicos son los estudios más frecuentes. La ciudad donde más trabajos se han realizado es Medellín (26), seguida por Bogotá (nueve), Cali y Popayán (ambas con cuatro trabajos). Aunque nuestra revisión registra un número mayor de publicaciones de lo que se asumía previamente, concluimos que la ornitología urbana colombiana es todavía una área joven, en tiempo, número, calidad, impacto y profundidad de las investigaciones publicadas hasta el momento.

This paper reviews what has been published in peer-reviewed journals about birds in Colombian cities, complementing an important Latin American review article that was recently published. This review identifies 55 papers dealing with 12 Colombian cities which exceeds by 50 the the number of studies previously considered. Species lists and Ecological Studies are the most frequent studies. Medellín is the city with the most studies (26 papers), whereas Bogotá (nine), Cali and Popayán (four each) had fewer publications. Although our review detects important publications not previously considered, we conclude that urban ornithology in Colombia is still in its infancy considering the duration, number, quality, impact and depth of studies so far published.

Electrónica de potencia para el calentamiento por inducción doméstico: revisión del estado del arte

Este trabajo presenta la revisión de la literatura que relaciona los desarrollos de los sistemas de calentamiento por inducción. Inicialmente, se presenta una contextualización de la forma general de funcionamiento y se concentra en las características particulares para uso doméstico y de manera más específica en la electrónica de potencia. Se presentan los principios de operación, las topologías de inversores resonantes más usadas (serie, paralelo, híbrida, cuasi-resonante y de un solo interruptor), las estrategias de modulación, estrategias de control usando modulación de frecuencia, por ancho de pulso y por densidad de pulso y las metodologías de conmutación (suave y forzada). Finalmente, se hace un pequeño análisis sobre las áreas donde aún es necesaria la investigación tales como sistemas de calefacción por inducción con múltiples salidas, topologías de inversores de un solo interruptor y los inversores cuasi-resonantes.

This work presents a technical review about the development of the domestic induction heating systems. Initially, this paper presents basic concepts and general principles of induction heating and it focuses in the particular characteristics for domestic appliances and specifically in the power electronics. It shows the operation principles, the topologies of resonant inverter most used (serial, parallel, hybrid, quasi-resonant, and single-switch), the switching strategies, the control strategies using frequency modulation, width modulation, and pulse density, and the switching methodologies (soft and hard). Finally, it is done a brief analysis on the areas where further research is still needed such as multiple-outputs induction heating systems, single switch inverter topologies, and quasiresonant inverters.