Ingeniería e Investigación

Acoustic emission-based early fault detection in tapered roller bearings

This paper proposes an acoustic emissions-based method for monitoring tapered roller bearings. This method monitors tracking time-based fault indicators (i.e. RMS, peak value, ring-down count and kurtosis) obtained using the AE signal. Experiments were carried out on a dedicated test bench for different levels of tapered roller bearing outer and inner race defect severity. Although the fault indicators studied could not discriminate between outer and inner raceway defects, the experimental results highlighted the proposed indicators' tapered roller bearing fault detection and fault severity assessment ability (i.e. peak value, RMS and ring-down count).

En este artículo se propone el uso de las emisiones acústicas (EA) para el monitoreo de rodamientos cónicos. Este monitoreo se realiza a través del seguimiento de los indicadores de falla: RMS, valor pico, ring-downcount y curtosis, los cuales son obtenidos a partir de la caracterización de la señal de EA en dominio del tiempo. La experimentación se realiza en un banco dedicado para este tipo de pruebas, en el cual, se experimenta con los rodamientos cónicos bajo distintos niveles de severidad de falla en la pista externa e interna. Aunque no es posible distinguir claramente las fallas en la pista interna y externa usando los indicadores propuestos, algunos resultados experimentales mostraron que el valor pico, el RMS y el conteo de picos de la señal de emisiones acústicas, permiten detectar y estimar la severidad de la falla en rodamientos cónicos.

The surface properties of biopolymer-coated fruit: A review

Environmental conservation concerns have led to research and development regarding biodegradable materials from biopolymers, leading to new formulations for edible films and coatings for preserving the quality of fresh fruit and vegetables. Determining fruit skin surface properties for a given coating solution has led to predicting coating efficiency. Wetting was studied by considering spreading, adhesion and cohesion and measuring the contact angle, thus optimising the coating formulation in terms of biopolymer, plasticiser, surfactant, antimicrobial and antioxidant concentration. This work reviews the equations for determining fruit surface properties by using polar and dispersive interaction calculations and by determining the contact angle.

La elaboración de películas y recubrimientos con materiales naturales y biodegradables, disminuyen los daños ambientales comparados con los ocasionados por materiales comunes de plásticos sintéticos. Las formulaciones con biopolímeros como celulosa, gomas, almidones o proteínas; permiten conservar la calidad de las frutas y los vegetales frescos. La determinación de las propiedades que tiene la superficie de la piel de la fruta y la solución de recubrimiento, permiten predecir la eficiencia del proceso. El estudio del fenómeno de humectabilidad, considerando el trabajo de expansión, cohesión, adhesión y medición del ángulo de contacto, logra optimizar la formulación de recubrimiento en cuanto a concentraciones de biopolímeros, plastificantes, surfactantes, antioxidantes, etc. Este trabajo es una revisión de las ecuaciones que permiten determinar las propiedades superficiales de las frutas, considerando el cálculo de las interacciones polares, dispersivas y la determinación del ángulo de contacto.

The influence of adding corrosion inhibitor and pH on the electrochemical properties of hybrid films applied to galvanised steel

This study was aimed at coating galvanised steel with a hybrid film obtained from a sol consisting of silane precursors 3 - (trimetoxisililpropil) methacrylate (TMSPMA) and tetraethoxysilane (TEOS). The pH of the hydrolysed-silane solution was 1 and 3. The influence of adding corrosion inhibitor (i.e. 0.01M cerium nitrate) was evaluated for all samples. The hybrid films were deposited by dip-coating. The film was characterised scanning electron microscopy (SEM), profilometry, contact angle measurement, potentiodynamic polarisation and electrochemical impedance spectroscopy. The results showed that solution pH influenced hybrid film formation and final surface properties. Additionally, cerium nitrate as corrosion inhibitor addition enhances corrosion resistance of the films.

El objetivo de este estudio es revestir acero galvanizado con un filme híbrido, obtenido a partir de un sol constituido por los precursores de silano 3 - (trimetoxisililpropil), metacrilato (TMSPMA) y tetraetoxisilano (TEOS); los pH de la solución de silano hidrolizado fueron 1 y 3. Se evaluó la influencia de la adición de un inhibidor de corrosión, en este caso, nitrato de cerio 0.01 M, para todas las muestras. La aplicación de los filmes híbridos se realizó por dip-coating y su caracterización se realizó por microscopía electrónica de barrido (SEM), perfilometría, medición del ángulo de contacto, polarización potenciodinámica y espectroscopía de impedancia electroquímica. Los resultados muestran que el pH de la solución influye en la formación de los filmes híbridos y en sus propiedades superficiales finales, además, la adición del nitrato de cerio como inhibidor de corrosión mejora su resistencia.

Zeolite LTA synthesis: Optimising synthesis conditions by using the modified sequential simplex method

This paper presents research concerning the simultaneous effect of the most influential synthesis variables in the preparation of Zeolite LTA. The simplex method was used for ascertaining optimal synthesis conditions, where the relative crystallinity (regarding a commercial sample) of synthesised zeolite was defined as response function. Crystallinity was measured by X-ray diffraction. Optimum conditions were found after 24 trials, giving 95.4% relative crystallinity and Na2O/SiO2=2.58, SiO2/Al2O3=1.45 and H2O/Na2O=46.92 molar ratios; 11.7 h crystal growth time, 6.1 h crystallisation time (reaction) and 78ºC reaction temperature were found to be optimal synthesis conditions. A computer programme for simulating a zeolite phase diagram was designed to verify whether the molar ratios indicated by the optimisation algorithm were leading to the desired zeolite type. The results were compared to those in previous work where the fixed factor method was used.

Este artículo presenta un estudio del efecto simultáneo de las variables de síntesis más significativas en la obtención de Zeolita LTA. Se aplicó el método simplex modificado para determinar las condiciones óptimas de síntesis, definiendo como función y objetivo la cristalinidad relativa de la zeolita obtenida y evaluada mediante la difracción de rayos X. Se requirieron 24 ensayos para que el método convergiera de manera óptima, logrando así, una cristalinidad de 95,4 %, obtenida para las relaciones molares Na2O/SiO2=2,58, SiO2/Al2O3=1,45 y H2O/Na2O=46,92, condiciones de operación de 11,7 h de maduración, 6,1 h de cristalización y 78ºC de temperatura de reacción. Se diseñó un programa de computador para simular el diagrama de fases zeolíticas, el cual indicaba si las relaciones molares propuestas por el algoritmo de optimización conducían a la zona de obtención de la zeolita deseada. Los resultados obtenidos, aplicando el método simplex, fueron comparados con un trabajo previo en el que se usó el método de una variable fija en el tiempo.

Evaluation of Green's function when simulating earthquake records for dynamic tests

When dynamic performance of structures is assessed experimentally, most experimental studies consider variation in intensity by increasing the record of peak ground acceleration or displacement at different values. However, severity of earthquake motion is not only a function of the concerns instrumental intensity, but also the frequency content, duration and the amount of energy imposed on the structure. To fulfill dynamic test conditions, this paper describes and discusses a novel method for selecting several seismic events characterising the seismic area and fulfilling particular similitude requirements. The method included using an earthquake record as an empirical Green's function for simulating larger magnitude events. Three seismic events used for shake table testing of reinforced concrete walls for low-rise housing are presented and discussed to validate the proposed method's results.

Cuando se evalúa experimentalmente el desempeño dinámico de las estructuras, la mayoría de estudios consideran la variación de la intensidad a partir del incremento del registro, hasta los diferentes valores de la aceleración o del desplazamiento máximo del mismo. Sin embargo, la severidad del movimiento sísmico es una función no sólo de la intensidad instrumental, sino del contenido de frecuencias y de la cantidad de energía impuesta sobre la estructura. Para cumplir las condiciones dinámicas del ensayo, el artículo describe y discute un nuevo método para seleccionar varios eventos símicos, que caracterizan la zona sísmica y que cumplen con requisitos particulares de similitud. El método incluye el uso de un registro sísmico como una función empírica de Green para simular eventos de mayor magnitud. Para validar los resultados del método propuesto, se presentan y discuten tres eventos sísmicos que fueron utilizados para ensayos en mesa vibratoria de muros de concreto reforzados para vivienda de baja altura.

Stability of slender columns on an elastic foundation with generalised end conditions

Slender columns' lateral stability under compressive axial loads is presented, with uninhibited, partially inhibited and totally inhibited end side-sway, including the effects of semi-rigid connections and a uniformly distributed lateral elastic foundation (Winkler's type) throughout its entire span. The proposed classification of prismatic columns on an elastic foundation and the corresponding stability equations are general and relatively simple to apply, yielding exact results when compared to other analytical methods. The buckling load was obtained by making the determinant of a 4 x 4 matrix equal to zero for columns having side-sway uninhibited or partially inhibited at both ends, and of a 3 x 3 matrix for columns having side-sway inhibited at one or both ends. The effect of semi-rigid connections on the buckling load of five classical column cases is fully discussed and the results compared to those arising from other analytical methods.

Se presenta de una manera clásica la estabilidad lateral de columnas esbeltas bajo cargas axiales de compresión; con derivas en los extremos desinhibidas, inhibidas parcialmente y totalmente inhibidas, incluyendo los efectos de las conexiones semirrígidas y una fundación elástica lateral y uniformemente distribuida (tipo Winkler) a lo largo de toda su luz. La clasificación propuesta en las columnas prismáticas, sobre fundación elástica y las ecuaciones correspondientes de estabilidad son generales y relativamente simples de aplicar; obteniéndose resultados exactos cuando se comparan con otros métodos analíticos. La carga de pandeo se obtiene igualando a cero el valor del determinante de una matriz de 4 x 4, para columnas con deriva lateral desinhibida o parcialmente inhibida en ambos extremos, y de una matriz de 3 x 3 para columnas con deriva lateral inhibida en uno o ambos extremos, respectivamente. Los efectos de las conexiones semirrígidas sobre la carga de pandeo, de cinco casos de columna clásicos, son discutidos y los resultados son comparados con los de otros métodos analíticos.

Towards a systemic assessment of environmental impact (SAEI) regarding alternative hydrosedimentological management practice in the Canal del Dique, Colombia

The Canal del Dique, located on the Colombian Caribbean Coast, can be seen as an "artificial" branch of the River Magdalena. Since its inception in 1650, it has undergone a series of interventions aimed at optimising river navigation between Cartagena and the interior of the country, little consideration having been paid to institutional, economic, social and environmental impacts. This paper presents a systemic assessment of environmental impact (SAEI) methodology, based on systemic parameterisation of the environment, proposed by Vega [2011], for the strategic environmental assessment of policy, plans, programmes or large-scale projects, considering a case study of the Canal del Dique environmental rehabilitation as proposed by the Colombian government. Information arising from the framework of an inter-administrative agreement between the Universidad Nacional de Colombia and the Regional Autonomous Corporation for the Rio Grande de la Magdalena (CORMAGDALENA) was used for studying the environmental restoration of and navigation in the Canal del Dique [UN-LEH, 2008]. The authors developed and summarised SAEI regarding six alternatives for hydrosedimentological management in the canal to obtain results concerning environmental impairment or improvement regarding each factor considered, and the degree of aggressiveness or betterment involved in each alternative. Alternative 4, an enhanced version of current condition (ECC) would have produced the greatest environmental benefit (i.e. limited dredging plus optimising channel-wetland interconnection) requiring the narrowing of three straight reaches along the canal and the construction of a sluice-gate system in the Strait of Paracuica (near the town of El Recreo).

El Canal del Dique, ubicado en la Costa Caribe colombiana, puede considerarse como un brazo "artificial" del Río Magdalena. Desde su creación en 1650, ha sido objeto de una serie de intervenciones orientadas, todas ellas, a optimizar la navegación fluvial entre Cartagena y el interior del país y viceversa, con muy pocas consideraciones generadas sobre los impactos institucionales, económicos, sociales y ambientales. En este artículo se plantea y aplica como estudio de caso para la rehabilitación ambiental del Canal del Dique, propuesto por el Gobierno colombiano, la metodología de Evaluación Sistémica del Impacto Ambiental - ESIA, que basada en el proceso de "Parametrización Sistémica de la Dimensión Ambiental" propuesto por Vega [2011], se concibe como un procedimiento de "evaluación ambiental estratégica" para políticas, planes, programas de desarrollo territorial, y grandes proyectos. En consecuencia, a partir de la información generada en el marco del Convenio Interadministrativo celebrado entre la Universidad Nacional y la Corporación Autónoma Regional del Río Grande del Magdalena (CORMAGDALENA), para la realización de estudios e investigaciones de las obras de restauración ambiental y de navegación del Canal del Dique [UN-LEH, 2008], se recogen y sintetizan los principales aspectos relacionados con el proceso de Evaluación Sistémica del Impacto Ambiental para seis diferentes alternativas de manejo hidrosedimentológico en el Canal del Dique, lo que permite mostrar los resultados obtenidos, relacionados con el deterioro y/o mejoramiento ambiental sobre cada factor ambiental considerado y con el grado de agresividad y/o bondad de cada alternativa sobre el medio ambiente. Finalmente, se plantean algunas conclusiones derivadas de este proceso, donde se resalta la alternativa 4 (condición actual mejorada + tres (3) estrechamientos + el sistema esclusa-compuerta en el estrecho de Paricuica), por ser la que más bondades y mejoramientos ambientales generaría.

Determining cement ball mill dosage by artificial intelligence tools aimed at reducing energy consumption and environmental impact

Energy management systems can be improved by using artificial intelligence techniques such as neural networks and genetic algorithms for modelling and optimising equipment and system energy consumption. This paper proposes modelling ball mill consumption as used in the cement industry from field variables. The regression model was based on artificial neural networks for predicting the electricity consumption of the mill's main drive and evaluating established consumption rate performance. This research showed the influence of the amount of pozzolanic ash, gypsum and clinker on a mill's power consumption; the dose determined according to the model ensured minimum energy consumption using a simple genetic algorithm. The estimated savings potential from the proposed dose was 36 600 kWh / year for mill number 1, representing $5,793.78 / year and a 33,708 kg CO2 / year reduction in the environmental impact of gas left to escape.

Los sistemas de gestión energética pueden ser mejorados mediante la utilización de técnicas de inteligencia artificial, tales como, las redes neuronales y los algoritmos genéticos; con el propósito de modelar y optimizar el consumo energético de equipos y sistemas. Este trabajo, propone la modelación del consumo de los molinos y de las bolas que se emplean en la industria cementera, a partir de las variables disponibles en el campo. El modelo de regresión obtenido está basado en redes neuronales artificiales, permitiendo predecir el consumo de la electricidad en el accionamiento principal de los molinos, así mismo, permite evaluar el comportamiento de los índices de consumo establecidos. Además, se demuestra la influencia que ejerce la cantidad de puzolana, yeso y clinker en el consumo eléctrico del molino y se determina la dosificación que de acuerdo con el modelo, garantiza un mínimo consumo energético utilizando un algoritmo genético simple. El potencial de ahorro estimado a partir de la dosificación propuesta, es de 36 600 kWh/año para el molino 1; lo que representa 5 793,78 $/año y una reducción del impacto ambiental por gases sin emitir de 33 708 kg CO2/año.

Analytical synthesis for four-bar mechanisms used in a pseudo-equatorial solar tracker

Photovoltaic energy production systems generate electricity without emitting pollutants into the atmosphere and do so from a free, unlimited resource. The highest level of energy conversion from the photovoltaic panels can be obtained by placing them perpendicular to the sun's rays falling on their surface; this is done by installing solar tracking systems. This work proposes the use of two four-bar mechanisms as the driving force for a solar tracker; we propose the use of analytical synthesis for such mechanisms. This procedure is aimed at optimising the transmission angle, increasing mechanical advantage and decreasing driving torque. A mathematical model was used to prove synthesis results and a prototype of the solar tracker was built.

Los sistemas de producción de energía fotovoltaica generan electricidad sin la emisión de contaminantes a la atmósfera, a partir de un recurso libre e ilimitado. Con el fin de obtener el mayor nivel de conversión de energía de los paneles fotovoltaicos, éstos deben colocarse de manera perpendicular a los rayos del sol; esto se logra mediante la instalación de sistemas de seguimiento solar. En éste trabajo, se propone el uso de dos mecanismos de cuatro barras como impulsores de un seguidor solar, y el uso de un procedimiento analítico de síntesis para tales mecanismos. Dicho procedimiento tiene por objetivo optimizar el ángulo de transmisión, incrementar la ventaja mecánica y disminuir el torque impulsor. Se obtuvo,un modelo matemático para probar los resultados de dicha síntesis y se construyó un prototipo del seguidor solar.

Experimental on-line platform for product conceptual design: OpenDesigNet

This paper highlights the need for using specialised on-line collaborative environments by designers and product engineers who increasingly use Web 2.0 technology to search for information. Although there are professional channels and networks, there is no specific platform which helps during a new product's conceptualisation phase. Open communication must thus be promoted and encouraged amongst design professionals and companies to form working groups thereby allowing them to work collaboratively in the most open and creative phase of product design, i.e. conceptualisation. The OpenDesigNet (ODN) experimental platform has been developed so that designers and small- or medium-sized companies (SMC) can access on-line collaborative tools to support the creation and promotion of new on-line products and assess their immediate social impact. This article presents some of the results obtained during the validation phase involving a platform satisfaction survey of design engineering students and has led to a first-hand assessment of the new platform's potential impact on their professional future.

Este artículo muestra la necesidad futura del uso de entornos colaborativos, especializados en la red para los diseñadores e ingenieros del producto, que cada vez más, utilizan las tecnologías Web 2.0 para la búsqueda de información. De hecho, aunque existen canales o redes profesionales de carácter general, no existe una plataforma específica que les ayude en la fase de conceptualización de un nuevo producto. Por lo tanto, se hace necesario promocionar y fomentar la comunicación abierta entre los profesionales del diseño y las empresas, para formar así, grupos afines que permitan trabajar de manera colaborativa durante la fase más abierta y creativa de un producto: la conceptualización. La plataforma experimental OpenDesigNet ODN ha sido desarrollada para que las PYMES y los diseñadores dispongan de herramientas colaborativas on-line de apoyo, que generen la creación y promoción de nuevos productos en la red, evaluando su impacto inmediato a nivel social. El artículo muestra parte de los resultados obtenidos en la fase de validación, que se realizó mediante una encuesta de satisfacción sobre la plataforma en estudiantes de Ingeniería y de Diseño, que ha permitido evaluar de primera mano el posible impacto de la nueva plataforma en su futuro profesional.

OOAspectZ and aspect-oriented UML class diagrams for Aspect-oriented software modelling (AOSM)

Regarding modularised software development, Aspect-oriented programming (AOP) identifies and represents individually crosscutting concerns during the software development cycle's programming stage. This article proposes and applies OOAspectZ to formal Aspect-oriented requirement specifications for prior stages of the software development cycle. It particularly concerns requirement specification and the structural design of data and behaviour, along with describing and applying Aspect-oriented UML class diagrams to designing classes, aspects and associations among classes and aspects during Aspect-oriented software development (AOSD). OOAspectZ is a language integrating both Object-Z and AspectZ formal languages whereas Aspect-oriented UML class diagrams represent AOP code, object class and crosscutting concern class structure by means of stereotypes. This article shows and applies the main OOAspectZ and AO UML class diagram characteristics to Aspect-oriented software modelling (AOSM) using a classic example of AOP. Ideas for future work concerning an actual AOP version are also indicated.

En la búsqueda de desarrollo del software modularizado, la Programación Orientada a Aspectos (POA) identifica y representa de manera separada funcionalidades cruzadas en la etapa de programación del ciclo de desarrollo del software. Para las etapas previas del ciclo de desarrollo del software, particularmente, en la especificación de requerimientos y el diseño estructural de los datos y comportamientos, este trabajo propone y aplica OOAspectZ para la especificación formal de requerimientos orientados a aspectos, además, describe y aplica diagramas de clases UML orientados en el diseño y la asociación entre clases y aspectos, para el proceso de Desarrollo del Software Orientado a Aspectos (DSOA), respectivamente. Particularmente, OOAspectZ es un lenguaje que integra los lenguajes formales Object-Z y AspectZ, mientras que, los diagramas de clases UML orientados a aspectos representan la estructura del código de POA, clases de objetos y clases de funcionalidades cruzadas con el uso de estereotipos. Este artículo muestra y aplica las principales características de los lenguajes OOAspectZ y diagramas de clase UML orientados a aspectos, para la modelación del software orientado a aspectos (MSOA) que se aplican a un ejemplo clásico de POA, además, se entregan ideas de trabajo futuro respecto a una actual versión de POA.

Incident factors in facility location: An application in the Colombian biofuel sector

Facility location concerns high impact strategic decision-making in supply chain design. One of the most important issues regarding such decision is a suitable selection of incident factors due to their effects on costs and customer service level. This paper was thus aimed at presenting a methodology for defining and hierarchising a group of factors which affect decision-making concerning facility location. The methodology was based on expert methods, incorporating a goal programming application extended to support weighting. Colombian biofuels sector results are presented.

La localización de instalaciones, es una decisión estratégica de alto impacto en el diseño de cadenas de abastecimiento. Uno de los aspectos más importantes en la decisión, es la selección de los factores incidentes dados sus efectos en los costos y en el nivel de servicio haciaalos clientes. En este sentido, el presente artículo expone una metodología que permite establecer y ponderar el grupo de factores que afectan las decisiones de la localización. La metodología, se basa en el uso de métodos de expertos e incorpora una aplicación de la programación por metas, extendida para el proceso de ponderación. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos en el sector del biocombustibles colombiano.

Supply risk analysis: applying system dynamics to the Colombian healthcare sector

This paper addresses supply risk in the oncological medicine supply chain (SC) in Colombia. A system dynamics model was developed for assessing supply risk impact on SC operation and performance. The costs of risk and logistics operation were evaluated in current conditions and in a risk mitigation scenario. The model was based on a systematic analysis of supply networks, mainly concerning the reduction of overall SC costs and improving service, quality and opportunity performance index. This article has resulted from research into SC risk management (SCRM) carried out by the Universidad Nacional de Colombia's SEPRO research group.

En este artículo se aborda la problemática del riesgo de aprovisionamiento en la cadena de suministro (CS) de medicamentos oncológicos en Colombia. Se desarrolla un modelo de dinámica de sistemas para evaluar el impacto del riesgo de aprovisionamiento, sobre las condiciones de operación y desempeño de la CS. Se valoran los costos del riesgo y de la operación logística en las condiciones actuales y en un escenario con mitigación del riesgo. Las contribuciones del modelo se basan en el análisis sistémico de las redes de suministro, principalmente, en la reducción de los costos globales de la cadena y en la mejora de los índices de desempeño en oportunidad, calidad y servicio. Este artículo es el resultado de la investigación de gestión del riesgo en la cadena de suministro (SCRM - SupplyChainRisk Management), realizada por el grupo de investigación SEPRO de la Universidad Nacional de Colombia.