Ingeniería y Desarrollo

Characterization of the students of a higher education institution through big data

Resumen Este artículo presenta resultados de un proyecto de investigación cuyo objetivo principal consistió en caracterizar a los estudiantes de una institución de educación superior mediante el uso de técnicas y herramientas de big data. Esto con el propósito de dotar a la institución de una herramienta para apoyar la toma de decisiones relacionadas con la comunidad estudiantil. El proyecto se desarrolló en cinco fases: definición de la estrategia, captura y medición de los datos, análisis de los datos, generación de un informe de resultados y transformación del negocio. Como técnicas de análisis de datos se utilizaron el coeficiente de correlación de Pearson y el agrupamiento mediante k-means. Como resultado se obtuvo un inventario y caracterización de las fuentes de datos, y un modelo de análisis y procesamiento de la información que al ser aplicado genera una caracterización de una comunidad estudiantil.

Abstract This article presents results of a research project whose main objective was to characterize students of a higher education institution through the use of big data techniques and tools. This with the purpose of providing the institution with a tool to support decision-making related to the student community. The project was developed in five phases: strategy definition; data capture and measurement, data analysis, results report, and, business transformation. As data analysis techniques, the Pearson correlation coefficient and the k-means grouping were used. As a result, an inventory and characterization of the data sources was obtained, as well as a model of analysis and information processing, when it is applied, generates a characterization of a student community.

Dynamic difficulty adjustment in virtual reality applications for upper limb rehabilitation

Resumen El objetivo de este trabajo fue comparar la incidencia de un ajuste dinámico de dificultad (ADD) en un juego de rehabilitación de habilidad motriz frente a una configuración manual. Para ello se desarrolló una herramienta virtual denominada "Atrapa insectos", enfocada en la rehabilitación del miembro superior con un ADD basado en lógica difusa. La población involucrada para este estudio está compuesta por dos usuarios: una paciente de 18 años de edad con una hemiparesia que limita su habilidad motriz en el miembro superior izquierdo, y un paciente de 37 años que presenta una monoparesia motora en su miembro superior derecho. La herramienta fue evaluada en los dos usuarios, cada uno con una configuración diferente (automática o manual), y se midió la habilidad motriz de ambos participantes de forma objetiva a través de la Box and Blocks Test, la cual fue implementada antes, durante y al finalizar las sesiones; adicionalmente, se definió un índice de desempeño (porcentaje de acierto) con el propósito de determinar el progreso de los participantes en la herramienta virtual. Como resultado se obtuvo que el usuario l utilizando el juego con ADD logró obtener no solo un mejor desempeño en las sesiones sino también un avance importante en su habilidad motriz en comparación al usuario 2 con la configuración manual.

Abstract The objective of this paper was to compare the incidence of dynamic difficulty adjustment (DDA) in a in a motor skill rehabilitation game, compared to a manual configuration. To achieve that, a virtual tool called "Bug catcher" was developed, which is focused in upper limb rehabilitation. This tool uses a DDA based in fuzzy logic. The population involved for the present study were made by two users, an l8-year-old patient with a he-miparesis that limits her motor ability in her left upper limb, and a 37-year-old patient with motor monoparesis in his right upper limb. This tool was used in both users, each one with a different configuration (automatic or manual), and the motor ability from both participants was objectively measured using Box and Blocks Test, applied before, during and after each session; additionally, a performance index (percentage of success) was defined in order to determine the progress of the participants in the virtual tool. As a result, it was obtained that user number one using the game with DDA, managed to obtain not only a better performance in the sessions but also an important advance in her motor skill in comparison to the user 2 with the manual configuration.

Analysis of the sustainable use of wood residues in two municipalities of Chocó (Colombia)

Resumen En este artículo evaluamos las posibles soluciones ambientales sustentables a la problemática de los residuos de madera (biomasa residual), generados en los aserraderos y ebanisterías de los municipios de Quibdó y Riosucio en el departamento del Chocó. La evaluación la hicimos para tres usos: generación de energía alternativa, materiales aglomerados y fabricación de pélets de madera. Identificamos 109 empresas en los dos municipios (95 en Quibdó y 14 en Riosucio), que generan 723,15 ton/año de residuos biomásicos en Quibdó y 591,42 ton/año de residuos en Riosucio. Caracterizamos tres muestras de las especies forestales más utilizadas (Lechero, Guamillo y Jigua), y una cuarta muestra compuesta por una mezcla de estas especies, ya que las empresas no realizan separación en sus procesos de transformación. Las muestras presentaron poderes caloríficos de 13.013 kJ/kg, 15.334 kJ/kg, 13.452 kJ/kg y 15.345 kJ/kg respectivamente, siendo la mezcla la de mejor poder calorífico para propósitos de generación de energía. Como mecanismo de selección de alternativas hicimos el Análisis de Ciclo de Vida (ACV) con el software OpenLCA 1.6 y los datos de Ecoinvent 3.3 (indicadores de impacto del IPCC 2013), a partir de los cuales estimamos que la elaboración de los pélets genera 298,94 kg CO2-eq GWP 20a y 279,41 kg CO2-eq GWP 100, mientras que el aprovechamiento energético de estos residuos genera 572,92 kg CO2-eq GWP 20a y 559,35 kg CO2-eq GWP 100. La elaboración de los aglomerados no la consideramos viable debido a la cantidad de procesos requeridos en su producción, además del costo de la maquinaria y de las condiciones climáticas de la región (humedad y precipitación) que deterioran el producto.

Abstract This research evaluated the possible sustainable environmental solutions to the problem of wood residues (residual biomass) generated in sawmills and joinery of the municipalities of Quibdó and Riosucio in the department of Chocó. We evaluated three uses: generation of alternative energy, agglomerated materials and manufacture of wood pellets. We identified 109 companies in the two municipalities (95 in Quibdó and 14 in Riosucio), which generate 723,15 tons / year of biomass waste in Quibdó and 591,42 tons / year of waste in Riosucio. We characterized three samples of the most used forest species (Lechero, Guamillo, and Jigua), and a fourth sample composed of a mixture of these species, since the companies do not perform separation in their transformation processes. The samples presented calorific values of 13.013 kJ/kg, 15.334 kJ/kg, 13.452 kJ/kg and 15.345 kJ/kg / kg respectively, being the mixture the one with the best calorific value for purposes of power generation. As a mechanism for selection of alternatives, we developed the Life Cycle Analysis (LCA) with the OpenLCA 1.6 software, using data from Ecoinvent 3.3 (impact indicators of IPCC 2013). The analysis allowed us to determine that only the production of pellets generate 298,94 kg CO2-eq GWP 20a and 279,41 kg CO2-eq GWP 100, and the energy use of this waste generates 572,92 kg CO2-eq GWP 20a and 559,35 kg CO2-eq GWP. We did not consider agglomerates as a viable option, due to the amount of processes required for their elaboration, the cost of machinery required and the climatic conditions of the region (humidity and precipitation) that may easily deteriorate the product.

Implementation of the sight distance passing on two-lane roads in Colombia

Resumen La Distancia de Visibilidad de Adelantamiento (DVA) requerida para un tramo de carretera se obtiene de los manuales de diseño geométrico de vías y de señalización vial de cada país; en Colombia se tienen el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras de 2008 [1] y el Manual de Señalización Vial del 2015 [2] para obtenerla. El objetivo de este trabajo es aplicar y cotejar las metodologías establecidas en cada uno de ellos para calcular la DVA requerida y para medir la DVA disponible en planos. Al comparar estas dos últimas se indican los tramos donde es permitido el adelantamiento para señalizar el eje de la carretera con línea discontinua. Cuando se calcula la DVA requerida en cada uno de los manuales de Colombia, se obtienen valores diferentes. Para entender el efecto de estas diferencias en la señalización se aplican los valores y la metodología de cada uno de ellos a la carretera Túnel de Occidente-San Jerónimo, que es una carretera de dos carriles representativa y ubicada en el departamento de Antioquia (Colombia). Luego de obtener la respectiva señalización se detectaron vacíos y contradicciones en la reglamentación colombiana de diseño vial y de señalización.

Abstract The passing sight distance (DVA) required for a stretch of road is obtained from the geometric design manuals of roads and road signs of each country; in Colombia there are the road geometric design Manual of the 2008 [1] and The 2015 [2] road signs Manual to get it. The objective of this paper is to apply and compare the methodologies established in each one of them to calculate the required dva and to measure the DVA available in planes. When comparing these last two are indicated the sections where it is permissible to advance to signal the axis of the road with discontinuous line. When calculating the required DVA in each one of the Colombian's manuals, different values are obtained. To understand the effect of these and the differences on road signs, the values and methodology of each of them are applied to the Tunel de Occidente Road-San Jerónimo, which is a two-lane representative road and located in Antioquia department, Colombia. After having the respective road sign, gaps and contradictions were detected In the Colombian regulation of road design and signposting.

Exploratory study of expanded clay and pumice stone as added in the production of light concrets

Resumen Esta investigación experimental se realizó con el objetivo de implementar materiales como la arcilla expandida (también conocida como arlita) y piedra pómez como reemplazo total de los agregados convencionales en la producción de concreto. Los diseños de mezclas fueron desarrollados con arcilla expandida y piedra pómez totalmente saturados y sin saturar. La mezcla consistió de cemento, agua, piedra pómez y arcilla expandida; en algunos casos se emplearon aditivos como fibras de polipropileno, humo de sílice y superplastificante; estos últimos se utilizaron para estudiar el incremento en la resistencia a la flexión y compresión del concreto. Para ello se elaboraron cilindros, viguetas y paneles; se obtuvieron densidades de 1300 a 1500 Kg/m3 y resistencias a la compresión de 13 a 18 MPa. Acompañados por ensayos de densidad de equilibrio para concretos ligeros, porcentaje de vacíos, absorción capilar y microscopia electrónica de barrido (SEM); con el fin de identificar algunas propiedades de los agregados y el concreto. De esta manera se puede demostrar que la arcilla expandida y la piedra pómez pueden considerarse como una alternativa a los agregados comunes en la producción de concreto en el país.

Abstract This experimental research was carried out with the objective of implementing materials such as expanded clay (also known as arlite) and pumice stone, as a total replacement of conventional aggregates in the production of concrete. Mix designs were developed with expanded clay and pumice stone completely saturated and unsaturated. The mixture consisted of cement, water, pumice stone and expanded clay, in some cases additives were used such as polypropylene fibers, silica fume and superplasticizer, the latter was used to study the increase in the resistance to bending and compression of concrete. For this, cylinders, joists and panels were made; obtaining densities of 1300 to 1500 Kg / m3 and compressive strengths of 13 to 18 MPa. Accompanied by equilibrium density tests for lightweight concrete, percentage of voids, capillary absorption and scanning electron microscopy (SEM); in order to identify some properties of the aggregates and concrete. In this way it can be shown that expanded clay and pumice can be considered as an alternative to common aggregates in the production of concrete in the country.

Prelimitary study about use of secondary lead smelting slag in the production of asphalt mixtures

Resumen En las últimas décadas se ha presentado un rápido incremento en la producción de residuos industriales. Para la mayoría de los residuos no se encuentra un uso efectivo y causan una crisis de disposición, contribuyendo así a los problemas ambientales. Este trabajo se basa en la valoración de una escoria secundaria de plomo, como agregado en mezclas asfálticas. La escoria proviene de una industria colombiana que se dedica a la producción y comercialización de baterías de plomo-ácido. Se caracteriza por tener una forma amorfa, está compuesta por óxidos de hierro, azufre, sodio, entre otros. El objetivo del trabajo fue realizar un estudio preliminar sobre la viabilidad técnica y ambiental de la aplicación de una escoria de fundición de plomo secundario en mezclas asfálticas, con el propósito de aprovechar y darle un valor agregado a dicho residuo. Se realizó una caracterización del residuo, en cuanto al tamaño de partícula, composición química y mineralógica; además se midieron parámetros de calidad para agregados en mezclas asfálticas, así como también se realizó el ensayo de Procedimiento de Lixiviación Característico de Toxicidad (TCLP por sus siglas en inglés) para determinar las características tóxicas de la escoria. Se observó que la escoria secundaria de plomo tiene potencial para ser utilizada en mezclas asfálticas, cumpliendo con los estándares límites de toxicidad.

Abstract In the last decades there has been a rapid increase in the production of industrial waste. For most waste there is no effective use and cause a disposal crisis, contributing to environmental problems. This work is based on the evaluation of a secondary slag of lead, as an aggregate in asphalt mixtures. The slag comes from a Colombian industry dedicated to the production and marketing of lead-acid batteries. The slag is characterized by having an amorphous form, it is composed of oxides of iron, sulfur, sodium, and others. The objective of the work was to carry out a preliminary study on the technical and environmental feasibility of the application of a secondary lead smelter slag in asphalt mixtures, in order to take advantage of and add value that residue. A characterization of the residue, as far as the particle size, chemical and mineralogical composition was carried out; in addition, quality parameters for aggregates in asphalt mixtures were measured, as well as TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) tests to determine the toxic characteristics of the slag. It was observed that the secondary slag of lead has potential to be used in asphalt mixtures, complying with the limits of toxicity standards.

Aquatic macroinvertebrates as indicators of water quality of the Teusaca river (Cundinamarca, Colombia)

Resumen El objetivo de este estudio fue determinar la calidad del agua a partir de la diversidad de los macroinvertebrados acuáticos presentes en tres zonas del río Teusacá (Cundinamarca, Colombia). En cada estación de muestreo se midió oxígeno disuelto, turbidez, temperatura y pH y se estimaron índices de calidad del agua (BMWP/Col, ASTP, IBF, EPT), junto con algunos índices de biodiversidad (Shannon Weaver, dominancia de Simpson, diversidad de Margalef y Menhinick). Se recolectaron 6781 individuos de macroinvertebrados acuáticos pertenecientes a 3 phylum, 5 clases, 11 órdenes y 21 familias, en tres muestreos en julio, septiembre y noviembre de 2017. La calidad del agua del río Teusacá es moderadamente contaminada, con tendencia a muy contaminada. Asimismo, el cuerpo hídrico presentó una baja biodiversidad y una alta dominancia en las especies colectadas de macroinvertebrados. Los resultados arrojados por los índices de calidad y de diversidad aplicados son independientes de la temporalidad en que realizaron los respectivos muestreos.

Abstract The objective of this study was to determine water quality, characterize its physicochemical state and evaluate the diversity of aquatic macroinvertebrates in three monitoring stations of the Teusacá River located in the department of Cundinamarca, Colombia. At each sampling station, dissolved oxygen, turbidity, temperature and pH were measured, water quality indices were estimated (BMWP / Col, ASTP, IBF, EPT), along with some biodiversity indexes (Shannon Weaver, Simpson Margalef and Menhinick). A total of 6781 aquatic macroinvertebrate were collected in three samplings in the months of July, September and November of 2017, belonging to 3 phylum, 5 classes, 11 orders and 21 families. The water quality of the Teusacá river is moderately contaminated, with a tendency to present highly polluted waters. Likewise, the water body presented a low biodiversity and a high dominance in the species collected from macroinvertebrates. The results obtained by the quality and diversity indices applied are independent of the temporality in which they carried out the respective sampling.

Coconut oil (Cocos nucifera) as a stabilizer of asphaltene in a oil of the Monagas State, Venezuela: effect of temperature

Resumen En esta investigación se presentan los resultados de la aplicación de aceite de coco (Cocos nucifera) como estabilizantede asfaltenos y el efecto del calentamiento en su desempeño en una muestra de petróleo del Estado Monagas (Venezuela). El aceite de coco se sometió a ll temperaturas entre 25 y 200 °C, para luego prepararse 12 mezclas con gasoil. Se determinó el umbral de floculación de los asfáltenos a muestras de 10 mL de petróleo dosificadas con 8µL de cada mezcla, aplicando volúmenes sucesivos de n-Heptano hasta observar los agregados en un microscopio óptico y el punto de dispersión aplicando volúmenes sucesivos de Xileno hasta observar la disolución de los agregados. Se determinó el Índice de Inestabilidad como la razón entre el punto de dispersión y umbral de floculación. Se aplicó análisis ANOVA para establecer la significancia del efecto de la temperatura sobre el Índice de Estabilidad. Se concluyó que las mezclas de aceite de coco y gasoil aumentan la estabilidad de los asfaltenos al ser aplicadas a la muestra de petróleo, sin embargo, la temperatura tiene efecto estadísticamente significativo. El efecto del aceite fue positivo hasta la muestra calentada a 130 °C, perdiendo su efecto a partir de esa temperatura.

Abstract This research presents the results of the application of coconut oil (Cocos nucifera), as a stabilizer of asphaltenes and the effect of warming on their performance, in a sample of Monagas state oil, Venezuela. The coconut oil was subjected to 11 temperatures between 25 and 200° C, and then 12 mixtures with diesel oil were prepared. The flocculation onset of the asphaltenes was determined to samples of 10 mL of petroleum dosed with 8µL of each mixture, applying successive volumes of n-heptane until observing the aggregates in an optical microscope and the dispersion point applying successive volumes of Xylene up to observe the dissolution of the aggregates. The Instability Index was determined as the ratio between the dispersion point and the flocculation onset. ANOVA analysis was applied to establish the significance of the effect of temperature on the Stability Index. It was concluded that mixtures of coconut oil and diesel increase the stability of asphaltenes when applied to the oil sample, however the temperature has a statistically significant effect. The effect of the oil was positive until the sample heated to 130 °C, losing its effect from that temperature.

Simulation and obtaining of synthetic fuels from the pyrolysis of plastic wastes

Resumen La continua demanda de plásticos ha causado grandes acumulaciones de residuos en los vertederos, contribuyendo a problemas ambientales y de salud pública. En Colombia se genera anualmente cerca de 9,5 millones de toneladas de residuos sólidos, correspondiendo un 14% a materiales plásticos. La pirólisis es una técnica mediante la cual es posible remediar parte del problema, ya que permite recuperar energía y productos en forma de combustible líquido y gaseoso. En este trabajo se presenta la implementación y comparación de dos modelos en Aspen Plus para la simulación del proceso de pirólisis para la producción de combustibles líquidos a partir de diferentes tipos de residuos plásticos. Los modelos se basan en la minimización de la energía libre de Gibbs y mecanismos cinéticos de reacción. La simulación realizada calcula los rendimientos (% peso) y propiedades para cada corriente de producto dependiendo de las condiciones de operación. En comparación con datos de la literatura e información experimental recolectada en esta investigación, el modelo termodinámico mostró desviaciones mayores al 20%, mientras que con el modelo cinético los errores fueron ≤ 8 %. De acuerdo con los resultados obtenidos, la producción de combustibles líquidos a partir de residuos plásticos se ve favorecida según la materia prima de la siguiente manera: poliestireno > polietileno de alta densidad ≈ polietileno de baja densidad polietileno tereftalato.

Abstract The continuous demand for plastics has caused large accumulations of waste in landfills, contributing to environmental and public health problems. In Colombia, approximately 9,5 million tons of solid waste is generated annually, and 14% corresponds to plastic materials. Pyrolysis is a technique by which it is possible to remedy part of the problem, because energy and products are recovered in the form of liquid and gaseous fuel. This article presents the implementation and comparison of two models in Aspen Plus for the simulation of the pyrolysis process for the production of liquid fuels from different plastic waste. The models are based on the minimization of Gibbs free energy and reaction kinetic mechanisms. The simulation performed calculates the yields (% of weight) and the properties of each product flow according to the operating conditions. In comparison with data from the literature and experimental information collected in this research, the thermodynamic model showed deviations greater than 20%. The kinetic model presented good estimates obtaining errors ≤ 8%. According to the results obtained, the production of liquid fuel from plastic wastes is favored according to the raw material as follows: polystyrene > high density polyethylene ≈ low density polyethylene > polyethylene terephthalate.

Software requirements: prototyping, legacy software, and document analysis

Resumen Este artículo presenta un rastreo bibliográfico sobre alternativas poco usuales para el levantamiento de requisitos en proyectos de desarrollo de software. La búsqueda bibliográfica parte de un principio fundamental, recabar información sobre métodos de levantamiento de requisitos que no requieran de un alto porcentaje de interacción con los usuarios o clientes. Esta situación obedece a que usualmente los usuarios o clientes no disponen del tiempo requerido, como ocurre cuando se usan métodos tradicionales. La búsqueda de información se realizó teniendo como clave principal la baja interacción con el usuario o cliente, y en este orden de ideas, hubo necesidad de ampliar el horizonte temporal de búsqueda hasta el año 2000 e incluir textos clásicos en el área de estudio. Los resultados de la búsqueda arrojaron luces sobre las técnicas de la Ingeniería de Requisitos, cuya característica principal es la minimizar la interacción con los usuarios, siendo el prototipado, el análisis de documentos y el software heredado las que más se aproximan a la condición de búsqueda.

Abstract This paper presents a literature review about alternatives for determination of requirements in software development projects. The literature searching begins from a fundamental principle, request information about methods of determination of requirements that do not need a high percentage of interaction with users or customers. This usually happens because users or customers don't have time as it happens when traditional methods are used. The search for information was made taking into account the low interaction with the user or customer and in this vein, it was needed to expand the search horizon until 2000 and it includes classic texts in the study area. The search results provided insights about the techniques of requirements engineering, whose main characteristic is to minimize the interaction with users, such as, prototyping, document analysis and legacy software which are the closest ones to the search condition.