Ingeniería y Ciencia

Dinámica de un sistema lineal en R² conmutado por histéresis

Resumen En este artículo se analiza el comportamiento local y global de un sistema dinámico suave a trozos en dos variables, estudiando el flujo de dos sistemas dinámicos lineales no homogéneos que conmutan con las fronteras de una banda de histéresis. Analíticamente se determinan las soluciones de equilibrio y los dominios paramétricos que garantizan la existencia de órbitas periódicas entre la banda. Se realizan simulaciones numéricas para obtener los retratos de fases y los dominios de atracción con diferentes valores de los parámetros. Los resultados muestran la coexistencia de múltiples estados estacionarios de diferente tipo para determinados valores de los parámetros.

Abstract This paper examines the local and global behavior of a two-variable piece-wise smooth dynamic system by studying the flow of two non- homogeneous linear dynamic systems that switch on the boundaries of a hysteresis band. Both equilibrium solutions and parametric domains that guarantee the existence of periodic orbits within the band, were determined analytically. While, phase portraits and basins of attraction of the system for different values of the parameters were performed through numerical simulations. Results show the coexistence of multiple stationary states of different types when different parameter values are used.

Metaheurística para la solución del Transit Network Design Problem multiobjetivo con demanda multiperiodo

Resumen En este artículo se estudia el problema de Red de Transporte, usualmente conocido como TNDP (Transit Network Design Problem) multiobjetivo. Este consiste en encontrar la combinación ideal de rutas y frecuencias, que permita realizar un balance entre los intereses de los usuarios y los operadores, que se contraponen. Utiliza como datos de entrada un grafo con sus respectivos costos de transporte (en este caso tiempos) y demandas asociadas a cada par de nodos. Como método de solución a este problema de optimización combinatoria multiobjetivo, se propone el uso de la metaheurística Búsqueda en Vecindades Variables (VNS), que resuelve problemas de optimización buscando soluciones competitivas mediante el cambio de vecindario iterativamente. El método propuesto fue probado inicialmente en el caso de estudio diseñado por Mandl, que consiste en 15 nodos y 21 arcos, y una matriz de demandas simétrica; y posteriormente para otras 11 instancias con tres tamaños de grafo diferentes (15, 30, 45 nodos). El modelo primero se corrió con el caso original para compararlo con autores que en oportunidades pasadas han trabajado el mismo problema. Posteriormente el VNS propuesto se probó con un modelo de demanda cambiante en 3 momentos del día (Mañana, tarde y noche) para corroborar los resultados positivos obtenidos en el primer ejercicio y darle un alcance mayor a la solución del problema.

Abstract In this paper we study the Tranport Network Design Problem (TNDP). It consists in finding the ideal combination of routes and frequencies that allow the decision maker to balance the interests of the users and the transit operators, which are opposite. The TNDP uses as input a graph, with their transportation costs (in this case time), and the demands associated to each pair of nodes. Our proposed approach to solve the TNDP is based on a Variable Neighborhood Search (VNS) metaheuristic. VNS has been used to solve different kinds of combinatorial optimization problems and it consists in searching competitive solutions by iterative changes of the neighborhood. The VNS is tested first for the case study designed by Mandl, which consists in 15 nodes and 21 arcs, and a symmetric demand matrix. Posteriorly the VNS was tested for other 11 instances of (15, 30 and 45 nodes). In the first place, the model was run for that original case to compare it with other authors who worked this problem in the past. Then, we tested the VNS approach for a changing demand model in 3 moments of the day (Morning, afternoon and night) to prove the positive results obtained in the first exercise and give a greater scope to the problem solution.

Modelos de localización de cámaras de vigilancia en una red de transporte público masivo

Resumen Este artículo estudia el problema de localización de cámaras de vigilancia aplicado a una red de transporte público masivo. Se considera una red de estaciones conectadas entre sí, mediante rutas predeterminadas de buses. El problema estudiado consiste en escoger las estaciones que deben ser vigiladas mediante cámaras con el fin de optimizar simultáneamente dos objetivos: El valor esperado del número de crímenes detectados por las cámaras, y la calidad de las imágenes captadas por el sistema de vigilancia completo. Se formulan dos modelos de optimización basados en programación entera para este problema considerando múltiples períodos, restricciones de presupuesto y restricciones de conectividad donde se busca garantizar que al menos se cuente con una cámara de vigilancia por cada pareja de estaciones conectadas directamente. Se realiza una comparación del desempeño de los modelos matemáticos propuestos usando un optimizador comercial en un conjunto de instancias aleatorio con 20 hasta 200 estaciones. Los resultados computacionales permiten concluir sobre la capacidad de los modelos matemáticos para encontrar soluciones óptimas y los recursos computacionales requeridos.

Abstract This article studies the problem of locating surveillance cameras in the context of a public transportation system. A network of stops or stations is considered which is interconnected by a set of predetermined bus routes. The studied problem is to choose the set of stations to be monitored by cameras in order to simultaneously optimize two objectives: the expected number of crimes detected by the cameras, and the image quality of the entire surveillance system. Two mathematical models based on integer programming are proposed for this problem, considering multiple periods, budget constraints, and connectivity constraints which ensure that at least a surveillance camera is assigned to one station for each pair of directly connected stations. A comparison of the performance of the proposed mathematical models using a commercial optimizer is performed using a set of randomly generated instances with 20-200 stations. The computational results show the capability of the proposed mathematical models to find optimal solutions and the required computational resources.

Positividad y acotamiento de soluciones de un modelo epidemiologico estacional estocástico para el virus respiratorio sincitial

Abstract In this paper we investigate the positivity and boundedness of the solution of a stochastic seasonal epidemic model for the respiratory syncytial virus (RSV). The stochasticity in the model is due to fluctuating physical and social environments and is introduced by perturbing the transmission parameter of the seasonal disease. We show the existence and uniqueness of the positive solution of the stochastic seasonal epidemic model which is required in the modeling of populations since all populations must be positive from a biological point of view. In addition, the positivity and boundedness of solutions is important to other nonlinear models that arise in sciences and engineering. Numerical simulations of the stochastic model are performed using the Milstein numerical scheme and are included to support our analytic results.

Resumen En este trabajo se investiga la positividad y acotamineto de la solución de un modelo epidemiologico estacional estocástico para el virus respiratorio sincitial (RSV ). La estocasticidad en el modelo se debe a entornos físicos y sociales fluctuantes y se introduce perturbando el parámetro de transmisión de la enfermedad. Se demuestra la existencia y unicidad de la solución positiva del modelo epidemiologico estacional estocástico, lo cual se requiere en el modelado de las poblaciones ya que todas las poblaciones deben ser positivos desde el punto de vista biológico. Adicionalmente, la positividad y la acotación de las soluciones es importante para otros modelos no lineales que se presentan en las ciencias y la ingeniería. Las simulaciones numéricas del modelo estocástico se realizan utilizando el esquema numérico de Milstein y se incluyen para apoyar los resultados analíticos.

Despacho económico en microredes con penetración de energía renovable usando algoritmo de punto interior y restricciones lineales

Resumen A lo largo de este artículo se muestran simulaciones de posibles despachos económicos para un sistema con penetración de energías renovables cuando hay variaciones de la velocidad del viento y de radiación solar para diferentes horas del día. Para ello se prueba y se valida una metodología para minimizar el costo total del sistema a partir del uso del método de punto interior utilizado por la función f mincon de M atLab. Uno de los aportes de este articulo, es que se propone una adaptación de las restricciones del sistema de potencia a la sintaxis de la función que requiere que estas restricciones sean lineales.

Abstract Throughout this article simulations of possible financial firms for a system with renewable energy penetration shown when there are variations in wind speed and solar radiation for different times of day. For this test and a valid methodology to minimize the total cost of the system from the use of the interior point method used by the function fmincon MatLab. One of the contributions of this article, is that an adaptation of the restrictions of the power system to function syntax that requires these proposed restrictions are linear.

Mejoras en membranas de intercambio protónico (1 − x )(H ₃ PO ₂ /PVA)- x TiO ₂

Abstract Using impedance spectroscopy (IS), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), and infrared spectroscopy (IR) techniques to study the polymer electrolyte membranes based on poly(vinyl alcohol) (PVA) and hypophosphorous acid (H3PO2) with different titanium oxide nanoparticles (TiO2) concentrations. The polymer systems (1-x)(H3PO2/ PVA) + xTiO2 were prepared using the sol-casting method and different weight percent of TiO2, x ≤ 10.0%. The DSC results show that the glass transition for molar fraction P/OH = 0.3 appears around 75 ºC and for the samples doped with TiO2 around 35 ºC; the melting point for all membranes appear around 175 ºC. The FTIR spectra show changes in the profiles of the absorption bands with the addition of H3PO2 and the different concentrations of TiO2. The IS results show dielectric and conductivity relaxations as well as a change in DC ionic conductivity with the TiO2 content. The order of the ionic conductivity is about 10 − 2 S/cm for 5.0% of TiO2. The TGA in the heating run shows water loss that is in agreement with DC conductivity measurements.

Resumen Usando las técnicas de espectroscopia de impedancia (IS), calorimetría de barrido diferencial (DSC), análisis termogravimetrico (TGA) y espectros copia infrarroja (FTIR) se estudió el sistema polimérico (1 x)(H3PO2/ PVA) + xTiO2 el cual fue preparado usando el método de sol-casting a diferentes porcentaje de peso de nanopartículas de TiO2, x ≤ 10.0%. Los resultados de DSC muestran que la transición vítrea para la fracción molar de P/OH = 0.3 emerge alrededor de 75 ºC y para las muestras dopadas con TiO2 alrededor de 35 ºC; el punto de fusión para todas las membranas aparece alrededor de los 175 ºC. Los espectros de FTIR muestran cambios en los perfiles de las bandas de absorción con la adicción del H3PO2 y las diferentes concentraciones de TiO2. Los resultados de IS muestran relajaciones dieléctricas y de conductividad al igual que un cambio en la conductividad iónica DC con el contenido de TiO2. La conductividad iónica es del orden de 10 − 2 S/cm para 5.0% de TiO2. Los TGA en los barridos de calentamiento muestran pérdida de agua lo cual está de acuerdo con las medidas de conductividad DC.

Función resumen perceptual para verificación de integridad en audio forense

Resumen En este trabajo se propone una función que permite calcular un código resumen a partir de los parámetros de una señal de voz. Esta función está basada en el ordenamiento de los coeficientes espectrales en un proceso de imitación entre el espectro de la señal de voz y el espectro de una señal de ruido gaussiano generada localmente. El método de función resumen está orientado a la verificación de integridad forense en señales de voz, con un enfoque perceptual, que implica que la función resumen no cambia si la señal sufre modificaciones que no alteran el contenido (como re-cuantización), pero que si cambia ante modificaciones como recorte y adición de ruido. Se realizaron diversas pruebas para verificar el enfoque perceptual del método resumen propuesto y se compararon los resultados frente a modificaciones utilizando métodos tradicionales.

Abstract In this work we propose a function that allows to calculate a summary code from the parameters of a voice signal. This function is based on ordering of spectral coefficients obtained by means of the application of the Fast Fourier Transform (FFT), using a locally generated reference function (Gaussian random noise). The proposed method is oriented to the verification of integrity in forensic voice signals. The proposed methodology has a perceptual approach, which implies that the resulting code is maintained, even when modifications are made, particularly those that do not affect the sensitive content of the signal, such as re-quantization processes.

Estudio del régimen de combustión sin llama ante la variación de la carga térmica

Resumen El presente estudio evaluó numérica y experimentalmente en un horno de 20 kW (a gas natural y con un factor de aireación de 1.2) la estabilidad del régimen de combustión sin llama ante la variación de la carga térmica usando diferentes flujos de aire (43 scfm, 63 scfm y 83 scfm) y una mezcla de Aire-Helio (Aire 82.02 scfm y Helio 7.06 scfm); esta última se utilizó con el fin de evaluar el comportamiento del sistema ante un incremento en el calor especifico del fluido de carga. El estudio se dividió en dos partes, una parte numérica y otra experimental. A partir de la simulación numérica se calculó el perfil de temperatura, el perfil de CO, el factor de recirculación Kv y la masa de productos de combustión recirculados. En la fase experimental los perfiles de temperatura mostraron una disminución en la temperatura de la cámara de combustión a medida que el flujo de aire de carga incrementaba, sin embargo, esta disminución no afectó la uniformidad térmica dentro del horno. Además la eficiencia útil mostró un incremento al pasar de un flujo de aire de carga de 43 scfm a 63 scfm, seguido de una disminución al incrementar la carga térmica.

Abstract The present study evaluated numerically and experimentally in a 20 kW furnace (using natural gas as fuel and with an equivalent ratio of 1.2) the stability of the flameless combustion regime due to the fluctuation of the thermal load through the use of different air flow (43 scfm, 63 scfm y 83 scfm) and an Air-Helium mixture (Air 82.02 scfm and Helium 7.06 scfm); the last one it was used to evaluate the behavior of the system in the face of an increase in the load fluid specific heat capacity. The study was divided in two parts, numerical simulation and experimental phase. From the numerical simulation was calculated the temperature profile, CO profile, the recycle ratio Kv and the mass of flue gases recirculated. In the experimental phase the temperature profiles obtained showed a decrease in the temperature of the combustion chamber as the load air flow increased however, this decrease did not affect the thermal uniformity inside of the furnace. Furthermore the useful efficiency showed an increase when went over from a load air of 43 scfm to 63 scfm, followed by a decrease of it with the other load flows.

Características estructurales de escuelas colombianas de pórticos de hormigón reforzado con mampostería no reforzada

Resumen La evaluación de la vulnerabilidad sísmica del inventario de edificaciones de una región es de vital importancia para poder estimar el riesgo sísmico del lugar. Las escuelas constituyen una importante clase estructural por el alto número de personas que albergan, su rol social y la posibilidad de ser usadas como centros de atención en eventuales emergencias. En este artículo se presenta el análisis de las características de 77 edificios pertenecientes a 28 escuelas de los municipios de Medellín, Itagüí y Sabaneta (Colombia). Cada edificio es una estructura de pórticos de hormigón reforzado con muros de mampostería no reforzada. Dentro de los parámetros analizados se encuentra el número de pisos, altura de la edificación, área en planta, irregularidades en planta y en altura, presencia de columnas cortas, materiales de muros, dimensiones de columnas y muros, tipo de suelo, carga lateral de diseño, nivel de mantenimiento, año de construcción y existencia de daños o intervenciones de repotenciación. El análisis presentado constituye información valiosa que puede usarse para fines de estimación de la vulnerabilidad de este grupo estructural y, por lo tanto, de su riesgo sísmico.

Abstract Assessment of the seismic vulnerability of the building stock of a region is a key issue for its seismic risk evaluation. Schools are an important building class as they gather a high number of people, they are important for the social development and they could be used as shelters after an emergency. This paper presents an assessment of the characteristics of 77 buildings from 28 schools of Medellín, Itagüí and Sabaneta (Colombia). Each building is a reinforced concrete frame with masonry infill. Analyzed parameters include the number of stories, building height, ground floor area, height and plan irregularity, presence of short columns, walls materials, columns and walls dimensions, soil type, designed lateral load, level of maintenance, year of construction and presence of damage or retrofit intervention. The analysis of the schools characteristics represents useful information that could be used for the estimation of the vulnerability of this building class, as well as for its seismic risk assessment.

Una guía para el estudio de nanopartículas magnéticas de óxidos de hierro con aplicaciones biomédicas. Parte I

Resumen El siguiente artículo corresponde a una revisión teórica y experimental sobre las las principales propiedades físicas de un sistema de nanopartículas magnéticas con aplicaciones en el tratamiento del cáncer por hipertermia magnética. Así, se divide el mismo en dos partes: en la primera parte, correspondiente a esta entrega, se realiza una revisión teórica detallada sobre las principales propiedades de las nanopartículas, y las leyes físicas que las rigen, tales como magnetización, interacciones entre partículas y su ordenamiento en suspensiones coloidales. En una segunda entrega, se tratarán temas como la síntesis de nanopartículas, técnicas y modelos de caracterización física y medidas experimentales de disipación de calor bajo campos de radiofrecuencia, y su correlación con los modelos mostrados en este artículo. Se presenta este trabajo como una guía ya que ofrece una serie de pautas importantes para tener en cuenta al momento de realizar una investigación en nanopartículas magnéticas.

Abstract In this paper, a theoretical and experimental review of main physical properties of magnetic nanoparticles with application in magnetic hyperthermia is presented. In this way, this work has been divided in two parts: In part I, corresponding with this article, a detailed theoretical review about the particles properties and the physical laws that govern them, such as magnetization, interparticles interactions and structuring in colloidal suspensions is presented. In the Part II, subjects such as nanoparticles synthesis, physical characterization and modeling, experimental determination of heat dissipation under radiofrequency fields, and its correlation with the current modells will be presented. This work is intended as a guide because what is expressed therein gives a series of important guidelines to take into account when making a research on magnetic nanoparticles.