Revista UIS Ingenierías

Estudio básico de suelos derivados de ceniza volcánica modificados con cemento (bajos contenidos de cemento)

Otilia Pantoja-Quiscualtud — 2024-11-08

Esta investigación se centra en suelos derivados de cenizas volcánicas de la ciudad de Popayán estabilizados con bajos porcentajes de cemento. Los resultados revelan la alta variabilidad de las propiedades ante los cambios de humedad, estado de la estructura, y el tiempo de curado. El estudio consistió en evaluar las propiedades físicas y mecánicas tanto en estado natural como modificado con cemento al 3%, 4% y 5%. Los resultados indican que en estado natural presentan condiciones deficientes como subrasantes o terraplenes. Por lo cual, en diversos casos se requiere un mejoramiento. Al utilizar cemento como estabilizante, es posible concluir que hay aumento en la resistencia mecánica y mejoras en las propiedades hidráulicas de manera marginal (suelo modificado con cemento) y no son comparables a los aumentos importantes que se dan en las propiedades después del 5% como porcentaje de estabilizante (suelo-cemento).

Clasificación espectral mediante una configuración óptica dual y redes neuronales profundas

Andrés Jerez — 2024-11-20

La clasificación espectral permite etiquetar materiales basándose en información espectral. Las cámaras de un solo píxel (SPC) se utilizan como una solución de bajo costo para adquirir imágenes espectrales, proporcionando información espectral de alta resolución y espacial de baja resolución. Además, las cámaras ópticas difractivas (DOC) basadas en máscaras de fase multinivel (MPM) pueden adquirir características espectrales para realizar tareas de clasificación. Los enfoques tradicionales de clasificación espectral no han incorporado SPC y DOC en una única arquitectura óptica. Este trabajo propone un sistema óptico dual basado en SPC y DOC para la clasificación espectral. Específicamente, el mapa de altura en MPM y los parámetros de la red neuronal profunda se aprenden conjuntamente a partir de la optimización de un extremo a otro (E2E). El método propuesto contiene una capa óptica que describe el sistema dual, una capa de fusión que estima la imagen espectral y una red de clasificación que etiqueta los materiales en conjuntos de datos espectrales. Los resultados de la simulación muestran una mejora de hasta un 3% en las métricas de clasificación en comparación con otras arquitecturas ópticas.

Variaciones morfológicas y estructurales de instrumentos endodónticos de Níquel-Titanio sometidos a cargas de instrumentación: estudio in vitro

Yenny Marcela Orozco-Ocampo — 2024-11-22

Para identificar variaciones estructurales y morfológicas de las limas endodónticas WOG Primary a medida que instrumentaban canales artificiales, se realizaron experimentos en canales artificiales fabricados con Dialil ftalato para identificar variaciones morfológicas y estructurales en instrumentos endodónticos WaveOne-Gold-Primary (n=10). Los canales se sumergieron en agua a 38°C ± 1°C y se irrigaron con NaClO-5%. Los instrumentos se inspeccionaron mediante microscopía óptica para medir la deformación unitaria de Cauchy. Los parámetros de red, la microdeformación y la textura se obtuvieron mediante difracción de rayos X. Se utilizó microscopía electrónica de barrido para identificar bandas de deslizamiento y caracterizar la fractura. Se utilizaron análisis de varianza y pruebas de Bonferroni para los datos. El desentorchamiento y el alargamiento fueron pronunciados cerca de 54 picoteos; a 62 picoteos se produjo la fractura. Se propusieron modelos matemáticos para relacionar la deformación unitaria y la textura con el número de picoteos. Se observaron grandes deformaciones plásticas relacionadas con fractura dúctil, causada por un mecanismo de torsión-adhesión. La diferencia entre las intensidades relativas en difracción de Rayos-X de la muestra evidenció cambios de textura entre 0 y 20 picoteos y un nuevo cambio después de 62 picoteos.

Diseño y fabricación de un metamaterial con resonadores para disipar vibraciones mecánicas

Heller Guillermo Sánchez-Acevedo — 2024-11-22

Las vibraciones mecánicas han sido un problema recurrente en las industrias manufactureras, por eso, su control y aislamiento son foco de muchas investigaciones. Los metamateriales son un nuevo concepto de materiales artificiales con propiedades sintonizadas. Esto quiere decir que la arquitectura celular del material es diseñada para mejorar sus propiedades, incluyendo la capacidad para amortiguamiento. Este trabajo propone un nuevo material centrado en el mejoramiento de su capacidad de amortiguamiento. Su arquitectura celular está basada en una estructura para soportar carga y con resonadores para la disipación de energía de vibración. Los resonadores están diseñados y estudiados alrededor de un rango de frecuencia específico a través de un modelo numérico. Un modelo físico es fabricado con manufactura aditiva y ensayado para determinar el coeficiente de transmisibilidad. Los resultados de las pruebas experimentales son reportados, y estos demuestran que la capacidad de amortiguamiento ha mejorado por el metamaterial propuesto.

Particionado óptico de doble polarización para C-RAN en redes 5G basadas en Radio-sobre-Fibra

Gustavo Puerto-Leguizamón — 2024-11-24

Este artículo investiga el potencial de un sistema de particionado espectral óptico de doble polarización para permitir enlaces ópticos de alta capacidad en el segmento de la red de acceso a radio en la nube (C-RAN, Cloud-Radio Access Network) basados en radio sobre fibra (RoF, Radio-over-Fiber) de una red 5G. Se describe analíticamente el proceso de generación de señal basado en particionado óptico con polarización dual y se realiza una demostración experimental para evaluar la viabilidad de la propuesta. Los resultados experimentales se centran en medir la magnitud del vector de error (EVM, Error Vector Magnitude) para ranuras ópticas de doble polarización de 0.1 nm, 0.5 nm y 1 nm. Los datos se miden experimentalmente para señales QPSK y 64QAM en frecuencias portadoras de 1.7 GHz y 3.5 GHz en 10 km de fibra óptica monomodo. Los resultados demuestran que una partición óptica de 0.1 nm con QPSK a 1.7 GHz conduce a un EVM de 2.4%, mientras que para 64QAM se observó un EVM del 4.5% bajo las mismas condiciones. Además, el modelo de simulación proyecta la viabilidad del transporte RoF de señales 64QAM a 1.7 GHz y 3.5 GHz en enlaces de fibra de 25 km y 16 km respectivamente.

Predicción de zonas susceptible a los procesos de remoción masa aplicando el modelo matemático red neuronal artificial en la localidad de Guatapurí y Chemesquemena, Colombia

Javier Estrada-Romero — 2024-11-24

Esta investigación tiene como objetivo predecir zonas susceptibles a procesos de remoción en masa aplicando modelo matemático red neuronal artificial en la localidad de Guatapurí y Chemesquemena. Se delimitaron zonas susceptibles a fenómenos de remoción en masa a partir de la identificación de factores condicionantes ((1) Unidades Geológicas Superficiales, (2) Pendiente del terreno, (3) Cobertura vegetal, (4) Índice de Rugosidad de Terreno, (5) Geomorfología y (6) Acuenca)) y realización de mapas y procesamiento de imágenes satelitales (Landsat) aplicando modelos matemáticos de tipo redes neuronales artificiales. La evaluación de susceptibilidad destacó una distribución desigual en Guatapurí y Chemesquemena. Las zonas de "muy alta" susceptibilidad (43% del área) se caracterizaron por presentar pendientes pronunciadas, patrones distintos de flujo y relieves moderados a muy elevados. En contraste, las zonas catalogadas como de "muy baja" susceptibilidad (34% del área), presentan pendientes suaves a casi planas, con escorrentía lenta y materiales menos propensos a deslizamientos.

Evaluación de los parámetros operativos de una celda de electrocoagulación a escala laboratorio en la eliminación del colorante azo Rojo 40 en solución acuosa usando electrodos de aluminio

Candelaria Nahir Tejada-Tovar — 2024-11-25

El objetivo del presente estudio fue analizar la eficiencia de la eliminación del colorante rojo 40 mediante el proceso de electrocoagulación utilizando electrodos de aluminio. La metodología utilizada, incluye una primera etapa teniendo en cuanta los parámetros operativos de la concentración de electrolito (0–0,5 g/L de NaCl) el pH de la solución (4,5–9,1), numero de electrodos (2–4), distancia entre electrodo (1–2 cm) con los mejores resultados de esta etapa se realizó un diseño experimental factorial multinivel con dos variables: los voltajes (10, 15 y 20) V y la duración de la electrocoagulación de (3, 6, 10, 20, 40 y 60) min. Los resultados muestran el papel principal de varios parámetros para maximizar la eficiencia de eliminación y minimizar el consumo de energía. Según los resultados experimentales, la máxima eficiencia de remoción obtenida es de 85.29 % con un consumo de energía de 14,08 kJ.

Tratamientos de reciclaje aplicados al residuo de espuma rígida de poliuretano (PUR): Artículo de revisión

Isabella López-Rodríguez — 2024-11-25

La espuma rígida de Poliuretano es un material sintético que se genera mediante la reacción entre un poliol y un isocianato, que cuenta con excelentes propiedades termoaislantes; sus aplicaciones generan un residuo, el cual es considerado en Colombia, como un residuo peligroso. Por tal motivo, el presente artículo consiste en una revisión bibliográfica sobre las diferentes metodologías de reciclaje aplicados para el residuo de espuma rígida de poliuretano (PUR). Se expondrán alternativas desde el ámbito de reciclaje químico, mecánico y de recuperación de energía o térmicos, incluyendo además tratamientos de índole biológico. A partir de los reportes de la literatura se evidencia que el reciclaje mecánico se destaca por su simple aplicación y bajos costos. Por otro lado, el tratamiento químico ofrece más alternativas para la incorporación de ciertos productos a líneas de producción; sin embargo, se dificulta la alta tecnología necesaria para su aplicación. Situación similar a los tratamientos biológicos, cuyo ciclo de vida de los microorganismos es fundamental para su aplicación. Mientras la recuperación de energía o tratamientos térmicos presentan una buena oportunidad de energía sostenible, no obstante, sus emisiones son un factor a vigilar. Todas las alternativas de reciclaje permiten generar una economía circular sostenible en el tiempo, disminuyendo el impacto negativo del residuo sobre la salud de las personas y el medio ambiente.

Sobre la equivalencia entre el barrido iterativo hacia atrás /adelante y los métodos de flujo de potencia basados en triángulos en redes de distribución eléctrica

Oscar Danilo Montoya-Giraldo — 2024-11-27

Este documento demuestra que los métodos de flujo de potencia basados en grafos para redes de distribución estrictamente radiales (uno basado en la matriz triangular superior y otro en la matriz de incidencia o método clásico de flujo de potencia hacia atrás/adelante) son equivalentes, lo que implica que ambas fórmulas de flujo de potencia recursivas son iguales. Se considera una pequeña red de distribución compuesta por siete nodos y seis líneas de distribución para demostrar esta equivalencia. La principal contribución de esta investigación radica en el hecho de que obtiene una relación matricial entre la matriz triangular superior y la matriz de incidencia de rama a nodo de demanda a demanda. Comparaciones numéricas en redes de distribución monofásicas que comprenden 33, 34, 69 y 85 nodos y redes asimétricas trifásicas que comprenden 8, 25 y 37 nodos confirman los resultados teóricos.

Remoción de contaminantes a través de microalgas: hacia el desarrollo de una economía circular

Jinna M. Loaiza-González — 2024-11-28

La presencia de floraciones algales ha aumentado en extensión y frecuencia a nivel mundial. No obstante, actualmente, más que una problemática puede convertirse en una alternativa eficaz de tratamiento de aguas residuales. Es importante señalar que los procesos convencionales con los que operan las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, en su mayoría, son ineficientes en cuanto a la eliminación de altas cargas de nutrientes. En este contexto, el uso de microalgas como la especie Chlorella spp. surge como una alternativa económicamente viable que permite una remoción efectiva de nutrientes y asegura la obtención de un efluente que cumpla con los límites máximos permitidos de descarga a cuerpos de agua. Adicionalmente, la biomasa derivada del tratamiento de aguas residuales con microalgas puede ser utilizada como biocombustible. En este trabajo, se describe la utilización de microalgas como un proceso biológico adecuado y rentable para la eliminación de nutrientes, permitiendo incluso la recuperación de energía en forma de la valorización de la biomasa. Así, se propone el uso de microalgas con miras a dar solución a la contaminación de las aguas con altas cargas de nutrientes.

Caracterización de recubrimientos compuestos de quitosano polietilenglicol hidroxiapatita fabricados por dip coating

Anderson Sandoval-Amador — 2024-11-29

Se desarrollaron y caracterizaron superficies bioactivas basadas en recubrimientos de quitosano-polietilenglicol modificados con hidroxiapatita sobre aleación de Ti6Al4V, con el objetivo de mejorar su bioactividad. Se emplearon técnicas de caracterización como microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, espectroscopía de infrarrojo, absorción atómica y espectroscopía de impedancia electroquímica para evaluar las propiedades de los recubrimientos, la formación de apatitas tras la inmersión en fluido fisiológico simulado y la estabilidad electroquímica. Los resultados demostraron la deposición de apatitas debido a la bioactividad del compuesto polímero-cerámico, con acumulación de calcio en la superficie del sustrato tras 5 días de inmersión. La espectroscopía de impedancia electroquímica reveló una capa altamente capacitiva en el recubrimiento con proporción 50:50 de quitosano: polietilenglicol y 0.05% p/v de hidroxiapatita, indicando una mayor interacción con el medio biológico, al tiempo que preservaba las propiedades resistivas protectoras de la aleación Ti6Al4V. Estos hallazgos sugieren que esta composición de recubrimiento es un material prometedor para aplicaciones en regeneración de tejido óseo.

Integración de la inteligencia artificial y la agricultura de precisión en cultivos de café

Cristian Andrés Hernández-Salazar — 2024-12-01

La inteligencia artificial (IA) está transformando el sector agroindustrial al facilitar tareas como la predicción del clima, la detección de plagas y enfermedades, y la optimización del uso de agua y fertilizantes. Estas aplicaciones no solo aumentan la eficiencia y sostenibilidad de los sistemas agrícolas, sino que también mejoran la productividad y la resiliencia frente al cambio climático. Este trabajo realiza una revisión sistemática sobre el uso de IA en la producción de café, analizando estudios encontrados en bases de datos reconocidas como Scopus, Web of Science, IEEE Xplore y Google Scholar. La búsqueda incluyó combinaciones de palabras como, "café" AND "machine learning", "inteligencia artificial" AND "agricultura de precisión", "detección de plagas" OR "redes neuronales", AND "sostenibilidad". Inicialmente se identificaron 452 artículos, de los cuales 85 cumplieron con los criterios de inclusión tras un riguroso proceso de selección y exclusión. La revisión identificó que las aplicaciones de IA en la producción cafetera se enfocan principalmente en la detección temprana de enfermedades como la roya del café mediante visión por computadora y redes neuronales convolucionales, la optimización de sistemas de riego inteligentes que integran sensores y algoritmos para reducir el consumo de agua hasta en un 20%, y el uso de robótica agrícola para mejorar la eficiencia operativa y disminuir la dependencia de mano de obra. Las tecnologías, además, fomentan prácticas más sostenibles y mejoran la trazabilidad en la cadena de suministro del café. Los resultados de esta revisión arrojan luces sobre cómo las técnicas de IA pueden optimizar la producción cafetera y contribuir al desarrollo de sistemas agrícolas más eficientes y sostenibles. Este trabajo ofrece un marco de referencia que puede ser útil para orientar investigaciones futuras y guiar a los productores hacia prácticas resilientes frente al cambio climático y las crecientes demandas de sostenibilidad.