Ingeniería e Investigación

Resultados de la medición de grupos de investigación de la Universidad Nacional de Colombia

Efecto de la altura del invernadero en la relación planta - clima como parámetro de desarrollo en cultivos de menta (Mentha Spicata) en Colombia

The aim of the study is to evaluate the effect of the height of the greenhouse on climatic conditions generated on a mint crop (Mentha spicata). The tests were conducted in the town of Carmen de Viboral, 40 minutes away from the city of Medellin (6° 05' 09" N and 75° 20' 19" W, 2150 m.a.s.l.). Three greenhouses with the same dimensions were used, changing only the gutter height in 2 m, 2,5 m and 3 m respectively. Temperature and relative humidity measurements were taken every 30 minutes for 3 years, time during which crop production was assessed. Statistical analyses were performed to determine climatic variations caused by the difference in height between the greenhouses, and to determine differences in production levels. The results indicate that, under the study conditions, the greenhouse height directly affects the weather conditions and the mint crop yields.

El objetivo del estudio es evaluar el efecto que produce la altura del invernadero en las condiciones climáticas generadas sobre un cultivo de menta (Mentha spicata). Los ensayos se realizaron en el municipio del Carmen de Viboral, a 40 minutos de la ciudad de Medellín (6°05'09" N y 75°20'19" W, 2150 m.s.n.m.). Se utilizaron 3 invernaderos de iguales dimensiones, variando solamente su altura de canal de 2 m, 2,5 m y 3 m respectivamente. Se realizaron mediciones de temperatura y humedad relativa cada 30 minutos por 3 años, durante los cuales se evaluó la producción del cultivo. Se realizaron análisis estadísticos para determinar las variaciones climáticas causadas por la diferencia de altura entre los invernaderos, así como para determinar diferencias en los niveles de producción. Los resultados indican que para las condiciones del estudio la altura del invernadero incide directamente en las condiciones climáticas y en los rendimientos del cultivo de menta.

Evaluación de lodos de coagulación de agua cruda tratada con Moringa oleífera para uso agrícola

Coagulation-flocculation is a physical-chemical process responsible for producing the largest amount of sludge in the purification of natural raw water. Conventionally, aluminum sulfate or alum has been used as a coagulant. However, disposal of the sludge produced has been problematic for the environment due to excess aluminum. Currently, the convenience of using natural coagulants such as seed extracts from Moringa oleifera (MO) is being studied, although, the properties of sewage sludge produced and its possible reuse are unknown. In this paper the physical-chemical, nutritional and dangerous characteristics from MO sludge were evaluated by using standard methods to verify its potential use in agricultural soils. Results indicated that pH, electrical conductivity, ion exchange capacity, organic matter and micronutrients from sludge were suitable for application to soils with agricultural potential; but deficiency of macronutrients and presence of fecal coliforms limits it to be used as soil improver and not as fertilizer. Sludge stabilization with hydrated lime at doses greater than or equal to 3 % was effective to ensure the elimination of pathogenic microorganisms and to obtain a Class A sludge, unrestricted for agricultural use and suitable for acid soils.

La coagulación-floculación es el proceso fisicoquímico responsable de la mayor producción de lodos residuales en la potabilización de aguas crudas naturales. Convencionalmente se ha utilizado como coagulante el sulfato de aluminio o alumbre. Sin embargo, la disposición de los lodos que produce ha resultado problemática para el ambiente debido al exceso de aluminio. Actualmente se estudia la conveniencia de utilizar coagulantes naturales como extractos de semilla de Moringa oleífera (MO), aunque se desconocen las propiedades del lodo residual que produce y su posible reutilización. En este trabajo se evaluaron las características físicas, químicas y nutricionales de los lodos de MO, siguiendo métodos estandar, para verificar su posible utilización en suelos agrícolas. El pH, la conductividad eléctrica, la capacidad de intercambio iónico, la materia orgánica y los micronutrientes del lodo de MO resultaron apropiados para ser aplicados en suelos con vocación agrícola; pero la deficiencia de macronutrientes y la presencia de coliformes fecales lo restringe a ser utilizado como mejorador de suelos y no como abono. La estabilización del lodo con cal hidratada, en dosis iguales o superiores a 3 %>, resultó efectiva para garantizar la eliminación de microorganismos patógenos y para la obtención de un biosólido de clase A, sin restricciones para uso agrícola y conveniente para suelos ácidos.

El aceite de fusel de Colombia

By-products valorization in bio-fuels industry is an important issue for making the global process more efficient, more profitable and closer to the concept of biorefinery. Fusel oil is a by-product of bioethanol production that can be considered as an inexpensive and renewable raw material for manufacturing value-added products. In this work, results in terms of composition and physicochemical properties of six samples of fusel oil from industrial alcohol facilities are presented. Composition of the main components was established by gas chromatography. Complementary techniques, such as headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), were used for detection of minor components. Fifty-five compounds were identified. Physicochemical properties such as density, acid value, moisture content and true boiling point curves were determined. Results are useful in the conceptual design of separation strategies for recovering higher alcohols, as well as to consider new options of valorization alternatives for fusel oil.

Los subproductos para valorización en la industria de los biocombustibles es un tema importante para alcanzar un proceso global más eficiente, más rentable y más cerca del concepto de biorrefinería. El aceite de fusel es un subproducto de la producción de bioetanol que se puede considerar como una materia prima barata y renovable para la fabricación de productos de valor agregado. En este trabajo se presentan los resultados en términos de composición y de las propiedades físico-químicas de seis muestras de aceite de fusel de las instalaciones industriales de alcohol. La composición de los componentes principales se estableció mediante cromatografía de gases. Técnicas complementarias, como espacio de cabeza, microextracción en fase sólida, y cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS), fueron utilizadas para la detección de componentes menores. Se identificaron cincuenta y cinco compuestos. Se determinaron las propiedades físico-químicas, como la densidad, el índice de acidez, el contenido de humedad y las curvas de puntos verdaderos de ebullición. Los resultados son útiles en el diseño conceptual de las estrategias de separación para la recuperación de alcoholes superiores, así como para comprobar las opciones de alternativas de valorización del aceite de fusel.

Modelo conceptual para el diseño de sistemas de productos

Based on the concepts of personalization, differentiation and variability, product systems are characterized and the conditions for their design are explored. In the analysis of literature,17 variables related to the design of product systems were identified, and used to develop a conceptual model. In order to validate this finding, a survey was applied to 57 experts in the field of design. By means of a factor analysis, variables are reduced and the underlying conceptual relationships are identified. As a result of the validation, three factors are identified: structure, coherence and order, which contain the variables that determine the attributes of the product systems. These findings support the conclusion that the origin of the design process of these systems is based on the analysis of consumers and the multiple uses given and experiences obtained from these products. Study boundaries are established and future research possibilities are outlined.

A partir del estudio de los conceptos de personalización, diferenciación y variabilidad, se caracterizaron a los sistemas de productos y se exploran las condiciones requeridas para su diseño. En el análisis de la literatura se identificaron 17 variables relacionadas con el diseño de estos sistemas y se utilizaron para elaborar un modelo conceptual. Para validar este hallazgo se aplicó una encuesta a 57 expertos en el área del diseño. Mediante el análisis factorial se reducen las variables y se identifican las relaciones conceptuales subyacentes. Como resultado de la validación, se identifican tres factores: estructura, coherencia y orden, los cuales contienen las variables que determinan los atributos de los sistemas de productos. Los hallazgos permiten afirmar que el origen de proceso de diseño de estos sistemas se basa en el análisis de los consumidores y los múltiples usos y experiencias que estos realizan con los productos. Se establecen los límites del estudio y se delinean futuras investigaciones.

Un modelo de simulación de la participación de asistentes y técnicos para procesar las solicitudes generadas en una universidad

This paper presents a simulation model for the optimization of assistants' and technicians' engagement in a university teaching process. This model enables us to obtain the values of important parameters for the analysis of the process; even in the case of complex processes at large university departments, which cannot be easily analyzed using analytical methods. In the case when the number of technicians available is not sufficient to process all generated requests of professors and assistants, the assistants take over the processing of the requests, which cannot be processed immediately by the technicians. The characteristics of the system are compared for three different situations: when all technicians are processing the requests of all assistants and all professors; when technicians and assistants are separated in smaller groups; and when the technicians are processing only the requests of the professors and the assistants from their group.

En este trabajo se presenta un modelo de simulación para la optimización de la participación de asistentes y técnicos en el proceso de enseñanza de una universidad. Este modelo nos permite obtener los valores de los parámetros importantes para el análisis del proceso, incluso en el caso de un proceso complejo en departamentos de universidades grandes, que no se puede analizar fácilmente utilizando métodos analíticos. Si los técnicos disponibles no son suficientes para procesar todas las solicitudes generadas por profesores y asistentes, los asistentes asumen el control la tramitación de las solicitudes, que no pueden ser procesadas inmediatamente por los técnicos. Se lleva a cabo una comparación de las características del sistema para tres situaciones diferentes: cuando los técnicos están procesando las peticiones de todos los asistentes y los profesores; cuando los técnicos y asistentes se separan en grupos más pequeños; y cuando los técnicos están procesando sólo las peticiones de los profesores y los asistentes de su grupo.

Esquema óptimo de deslastre de carga por baja tensión basado en índice de estabilidad de tensión

This paper presents a methodology for under voltage load shedding using a metaheuristic optimization technique and a stability criterion. Two strategies are proposed to find the minimal size and location of load to shed for the recovery of normal operation conditions. The first one is based on a classical criterion for the under voltage load shedding, identifying the load to disconnect by considering bus voltage level; the second includes a simplified voltage stability index SVSI, which identifies critical buses in the system. The proposed methodology is implemented in an IEEE 14 bus test system, considering a heavy loading condition with and without contingency to validate its efficiency.

En este artículo se presenta una metodología para realizar el deslastre de carga por baja tensión utilizando una técnica de optimización metaheuristica y criterios de estabilidad. Se proponen dos estrategias para encontrar tanto la cantidad mínima de carga a deslastrar como su localización en el sistema, para recuperar las condiciones normales de operación. El primero está basado en el criterio clásico del deslastre de carga por baja tensión, donde se identifica la carga a desconectar considerando los niveles de tensión en las barras del sistema; el segundo incluye el índice simplificado de estabilidad de tensión SVSI, el cual identifica las barras críticas en el sistema. La propuesta se valida en el sistema de prueba IEEE de 14 barras cuando es sometido a varias perturbaciones.

Metodología para la colaboración en las cadenas de suministro con énfasis en la mejora continua

A collaborative relationship between companies in a supply chain makes it possible to improve both the performance and the results of the companies and of the supply chain. Several studies have analyzed supply chains, but few studies have proposed the application of tools for continuous improvement in a collaborative manner within the supply chain. The objective of this work is to present a methodology for the collaboration in a supply chain with a focus on continuous improvement. Three case studies were conducted with Brazilian multinational focal companies that manufacture technology-based products. It was seen that relationships, trust, the exchange of information, and the sharing of gains and risks sustains collaborative practices focused on continuous improvement. The proposed methodology considers the need for supplier development, for the monitoring of the supplies, and for the development of a partnership for problem solving through the application of tools for continuous improvement.

Una relación de colaboración entre una cadena de suministro permite a las empresas mejorar el rendimiento y los resultados de las empresas y de la cadena de suministro. Hay varios estudios que se ocupan de las cadenas de suministro, pero son pocos los estudios que apuntan a la aplicación de herramientas colaborativas para lograr una mejora continua en la cadena de suministro. El objetivo de este trabajo es presentar una metodología para la colaboración en la cadena de suministro, enfocado en una mejora continua. Se realizaron tres estudios de caso en empresas multinacionales brasileñas que fabrican productos de base tecnológica. Se observó que las relaciones, la confianza, el intercambio de información, y la participación conjunta en riesgos y beneficios sustentan las prácticas colaborativas enfocadas hacia una mejora continua. La metodología propuesta considera la necesidad del desarrollo de proveedores, la supervisión de los suministros, y la colaboración en la solución de problemas a través de la aplicación de herramientas de mejora continua.

Método para la optimización multiobjetivo del mecanismo de suspensión de las ruedas de automóviles

The paper deals with a general method for the multi-criteria optimization of the rear wheels suspension mechanisms in terms of kinematic behavior. The suspension mechanism is decomposed in basic binary links, and the kinematic synthesis is separately performed for each of them. The design variables are the global coordinates of the joint locations on the car body (chassis). The disposing of the joints on the wheel carrier were exclusively established by constructive criteria. The design objectives relate to kinematic position parameters of the wheel (displacements of the wheel centre along longitudinal and transversal directions, and modifications of the wheel axis direction), the optimization goal being to minimize these variations during the wheel travel. A computer program for the kinematic study was developed in C++. The application was performed for the wheel suspension mechanism of a race car.

El artículo se ocupa de un método general para la optimización multiobjetivo de los mecanismos de suspensión de las ruedas posteriores en términos de comportamiento cinemático. El mecanismo de suspensión se descompone en enlaces binarios básicos, y la síntesis cinemática se realizó por separado para cada uno de ellos. Las variables de diseño son las coordenadas globales de las ubicaciones de las articulaciones en el chasis. La disposición de las articulaciones en el soporte de la rueda se estableció exclusivamente por criterios constructivos. Los objetivos de diseño se refieren a la posición de los parámetros cinemáticos de la rueda. El propósito de la optimización consiste en minimizar estas variaciones. Un programa informático para el estudio cinemático fue desarrollado en C ++. La aplicación numérica se llevó a cabo para el mecanismo de suspensión de un vehículo monoplaza.

Probabilidad de reconstrucción exitosa en el sensado compreso de imágenes espectrales

Coded Aperture Snapshot Spectral Imaging (CASSI) systems capture the 3-dimensional (3D) spatio-spectral information of a scene using a set of 2-dimensional (2D) random coded Focal Plane Array (FPA) measurements. A compressed sensing reconstruction algorithm is then used to recover the underlying spatio-spectral 3D data cube. The quality of the reconstructed spectral images depends exclusively on the CASSI sensing matrix, which is determined by the statistical structure of the coded apertures. The Restricted Isometry Property (RIP) of the CASSI sensing matrix is used to determine the probability of correct image reconstruction and provides guidelines for the minimum number of FPA measurement shots needed for image reconstruction. Further, the RIP can be used to determine the optimal structure of the coded projections in CASSI. This article describes the CASSI optical architecture and develops the RIP for the sensing matrix in this system. Simulations show the higher quality of spectral image reconstructions when the RIP property is satisfied. Simulations also illustrate the higher performance of the optimal structured projections in CASSI.

El sistema de adquisición de imágenes espectrales de única captura basado en apertura codificada (CASSI), capta información tridimensional (3D) espacio-espectral de una escena, usando un conjunto de medidas bidimensionales (2D) proyectadas en un FPA (Focal Plane Array). Para recuperar el cubo de datos a partir de las proyecciones en el FPA, se usa un algoritmo de reconstrucción basado en la teoría de muestreo compresivo. En CASSI la calidad de la reconstrucción de imágenes espectrales depende exclusivamente de la matriz de sensado, que es determinada por la estructura estadística del código de apertura. La propiedad restringida isométrica (RIP) de la matriz de sensado CASSI es usada para determinar la probabilidad de una correcta reconstrucción de la imagen. Este artículo describe la arquitectura óptima CASSI y desarrolla la RIP para las matrices de muestreo, para la captura de la información del cubo de datos. En efecto, la RIP provee la guía para determinar el mínimo número de capturas FPA necesarias para la reconstrucción de una imagen. Más adelante, la RIP es usada para encontrar la estructura óptima de las proyecciones de los códigos de apertura de CASSI. Las simulaciones muestran alta calidad de la reconstrucción obtenida de las imágenes espectrales cuando se satisface la condición impuesta por la RIP. También muestran el más alto rendimiento obtenido de las estructuras óptimas de las proyecciones CASSI.

Segmentación de imágenes de color por características cromáticas empleando mapas auto-organizados

Usually, the segmentation of color images is performed using cluster-based methods and the RGB space to represent the colors. The drawback with these methods is the a priori knowledge of the number of groups, or colors, in the image; besides, the RGB space is sensitive to the intensity of the colors. Humans can identify different sections within a scene by the chromaticity of its colors of, as this is the feature humans employ to tell them apart. In this paper, we propose to emulate the human perception of color by training a self-organizing map (SOM) with samples of chromaticity of different colors. The image to process is mapped to the HSV space because in this space the chromaticity is decoupled from the intensity, while in the RGB space this is not possible. Our proposal does not require knowing a priori the number of colors within a scene, and non-uniform illumination does not significantly affect the image segmentation. We present experimental results using some images from the Berkeley segmentation database by employing SOMs with different sizes, which are segmented successfully using only chromaticity features.

Usualmente, la segmentación de imágenes de color se realiza empleando métodos de agrupamiento y el espacio RGB para representar los colores. El problema con los métodos de agrupamiento es que se requiere conocer previamente la cantidad de grupos, o colores, en la imagen; además de que el espacio RGB es sensible a la intensidad de colores. Los humanos podemos identificar diferentes secciones de una escena solo por la cromaticidad de los colores, ya que representa la característica que nos permite diferenciarlos entre sí. En este artículo se propone emular la percepción humana del color al entrenar un mapa auto-organizado (MAO) con muestras de cromaticidad de diferentes colores. La imagen a procesar es transformada al espacio HSV porque en tal espacio la cromaticidad es separada de la intensidad, mientras que en el espacio RGB no es posible. Nuestra propuesta no requiere conocer previamente la cantidad de colores que hay en una escena, y la iluminación no uniforme no afecta significativamente la segmentación de la imagen. Presentamos resultados experimentales utilizando algunas imágenes de la base de segmentación de Berkeley empleando MAOs de diferentes tamaños, las cuales son segmentadas exitosamente empleando únicamente características de cromaticidad.