núm. 103 (2022): revista facultad de ingeniería (apr-jun 2022)

Los clásicos mecanismos de deformación basados en defectos de los policristales metálicos no son adecuados para describir el comportamiento mecánico de los materiales metálicos vítreos y nanocristalinos. Su complejidad inherente crea un verdadero desafío para comprender sus complicados fenómenos físicos. El uso de la dinámica molecular (DM) se torna interesante permitiendo evaluar la relación entre la estructura atómica con las propiedades mecánicas. En el presente trabajo, simulaciones de DM fueran utilizadas para estudiar los mecanismos de deformación a nivel de nanoescala de la aleación Al80Ti15Ni5. Los resultados revelaron una dependencia significativa entre el módulo de Young y la estructura atómica. El tipo de estructura a escala atómica, nanocristalina o amorfa, gobierna los mecanismos dela deformación. Para la aleación nanocristalina, el deslizamiento y la difusión del contorno de grano parecen ser los procesos dominantes en la deformación.  Además, se observan emisiones de discordancias parciales en los contornos de grano.  En el material amorfo, las zonas de transformación por cizallamiento comienzan a formarse en el régimen elástico y se convierten en bandas de cizallamiento actuando como los principales mecanismos en el proceso de deformación.  Los resultados indican que las propiedades mecánicas de la estructura amorfa representan un caso límite inferior del nanocristal. Los módulos elásticos determinados en la aleación Al80Ti15Ni5 son muy bajos, por esta razón se evaluaron los efectos de los potenciales interatómicos unarios y ternarios para cada elemento.

El propósito de este trabajo es desarrollar soluciones técnicas que permitan proporcionar los parámetros especificados de la precisión de la forma de las piezas en la sección transversal durante el procesamiento en una máquina CNC. Se realizaron estudios experimentales en un torno de tornillo. Se usó una señal acústica en el rango de 6 a 12 kHz como señal de diagnóstico para evaluar el desgaste de la herramienta de corte, ya que durante los estudios preliminares se descubrió que este rango es más sensible a los cambios en los modos de procesamiento. Los estudios se realizaron a diferentes valores de desgaste de la herramienta de corte (estimado por el ancho del chaflán de desgaste). Se ha desarrollado un modelo neuro-difuso para estimar la vida de una herramienta de corte. El uso de modelos de esta clase permite ajustarse a condiciones específicas (máquina, herramienta) y evaluar correctamente la vida útil de la herramienta. El error del modelo para la muestra de prueba no supera el 10%. Los resultados de la prueba mostraron que el uso de las soluciones propuestas permite aumentar la precisión de la fabricación de piezas de la válvula de cierre en un 20-30%.

La presencia de metales pesados en medios acuosos representa una grave amenaza para los ecosistemas porque no son biodegradables, además son tóxicos y cancerígenos. En el presente trabajo se estudió la utilización de residuos agroindustriales de la obtención de almidón de plátano para remoción de Ni (II), estableciendo el efecto de la temperatura, dosis de adsorción y concentración inicial. Se estudió la cinética, el equilibrio y los parámetros termodinámicos que determinan el proceso. Para ello, las pruebas se realizaron en un sistema discontinuo manteniendo constante agitación (200 rpm), pH (2) y volumen de solución (100 mL). La concentración de metal restante se determinó mediante adsorción atómica a 237 nm. Se encontró que las mejores condiciones de adsorción se dieron a 55 ºC, 0,6775 g y 368 mg / L obteniendo una capacidad máxima de adsorción de 47,57 mg / g correspondiente a una remoción del 87%. El modelo cinético que mejor se ajusta a los datos experimentales fue el de pseudo segundo orden, y la isoterma que describe el proceso es Langmuir y Freundlich, por lo que la adsorción viene dada por quimisorción y multicapas. Los parámetros termodinámicos determinados sugieren que el proceso es favorable, no espontáneo, endotérmico e irreversible en las condiciones estudiadas. Los resultados muestran que la biomasa residual de la obtención de almidón de plátano es un buen precursor para absorber Ni (II) en solución acuosa.

Hoy en día existe mucha desinformación relacionada con el despliegue de antenas para 5G y las bandas de frecuencias que se usan en dicha tecnología. Muchos de estos mitos surgen por la falta de documentos serios de investigación divulgados con un lenguaje comprensible para diferentes audiencias. Este trabajo hace un pequeño aporte en este sentido y muestra una revisión bibliográfica de las características más relevantes relacionadas con el problema de despliegue de transmisores o estaciones base y además, se tiene en cuenta un esquema de compartición de espectro. Como caso de estudio, analizaremos la regulación CBRS implementada en los estados unidos para el despliegue de 5G, se brindará una visión general de los problemas de ingeniería y también, las áreas de investigación que aún faltan por explorar.

La contaminación de los cuerpos hídricos por metales pesados es un problema crítico para la salud humana y ecosistemas, pudiendo bioacumularse hasta niveles tóxicos e incluso llevar a la muerte de seres vivos. El objetivo de la investigación fue sintetizar y caracterizar un biopolímero con capacidad de remoción de metales pesados en aguas residuales, elaborado a partir de almidón de papa, glicerina y mucílago de nopal. Se extrajo almidón de papa nativa de la variedad Allcca sipas; el mucílago fue extraído con etanol. Se sintetizaron 4 formulaciones de biopolímeros a 60 y 70 °C. Se evaluó la solubilidad, las características estructurales y la capacidad de adsorción de metales pesados. El almidón, mucílago y los biopolímeros presentaron grupos funcionales predominantes como -OH, -C-O-, -NH-, -C-H-, -C-OH determinado por FTIR, permitiendo remover hasta 50,18% de Al, 56,81% de As, 35,95% de Cr, 37,43% de Hg y 73,22% de Pb determinados a través de un ICPE-OES, para un tiempo de contacto de 100 minutos a pH 5.0, la remoción de metales pesados y la solubilidad fueron influenciados significativamente (p-value < 0,05) por la adición de almidón y mucílago. Los biopolímeros sintetizados presentan alta capacidad de remoción de metales pesados en aguas residuales.

Este estudio evaluó la calidad del agua para consumo humano en los corregimientos de Sincerín y Gambote. Algunos parámetros fisicoquímicos (color, turbidez, conductividad, pH, oxígeno disuelto, dureza y metales pesados) y microbiológicos (coliformes totales, Escherichia coli) fueron medidos durante las etapas de pre y post tratamiento parcial usado (alumbre y tabletas de cloro en Gambote y Sincerín, respectivamente). Esta investigación fue hecha de acuerdo con los valores máximos permisibles establecidos por la Resolución 2115 de 2007 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial de Colombia. Adicionalmente, se calculó el IRCA (Índicede Riesgo de la Calidad del Agua) con el fin de determinar el grado de riesgo a la ocurrencia de enfermedades. Los resultados indicaron concentraciones por encima de las recomendables para: (a) la dureza (en Sincerín), (b) hierro (Fe), turbiedad (únicamente antes de ser tratada) y E. Coli (en Gambote) y (c) mercurio (Hg) y los coliformes totales (en Sincerín y Gambote). Los suministros de agua de los corregimientos presentaron un IRCA inseguro. Por tanto, se espera que los resultados de este estudio puedan contribuir al mejoramiento de estas condiciones a través del diseño e implementación de un sistema de tratamiento.

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En este trabajo, se propone un modelo numérico de fragmentación para predecir la respuesta mecánica de compuestos híbridos entremezclados, unidireccionales bajo cargas de tensión. El modelo está basado en uno desarrollado previamente para compuestos unidireccionales considerando el número crítico de grietas de fibra y la corrección de la resistencia interfacial fibra-matriz. Se consideran los híbridos conformados por dos refuerzos y es evaluada la contribución energética de ambos durante el proceso de daño. Adicionalmente, la deformación unitaria pseudo-dúctil, la resistencia a fluencia y el nivel de degradación de cada refuerzo son estimados. El presente modelo es comparado con un modelo de falla progresiva y simulaciones micromecánicas por elementos finitos, obteniendo algunas similitudes en el comportamiento esfuerzo-deformación. Los resultados muestran que tanto el sub-compuesto de baja elongación como el de alta elongación experimentan una respuesta lineal a tensión donde las fibras permanecen intactas (IF), y fragmentación (FM) donde la rotura ocurre. El fenómeno de deslizamiento/separación (SS) surge en uno de los sub-compuestos cuando la saturación de grietas es alcanzada, y la falla ocurre cuando el otro experimenta saturación de grietas. Los resultados también muestran que los fenómenos IF, FM y SS están condicionados por el radio de mezcla de fibra, α. El modelo permite estimar el valor óptimo de α para el cual la máxima deformación unitaria pseudo-dúctil y efecto híbrido son alcanzados.

Conseguir que las ideas propias sean aceptadas por otros investigadores es lograr una de las mejores recompensas que puede dar el mundo científico. Es pasar del pensamiento y el análisis individual, siempre amenazado por la subjetividad, al conocimiento sólido de la comunidad científica, que da sentido al trabajo y las ideas del investigador.

Este trabajo de investigación utilizó las cáscaras de Musa paradisiaca (banana) como un solvente natural, el cual fue puesto en contacto con el precursor AgNO3 (10 mM) para realizar la síntesis verde de nanopartículas de plata. Los componentes fitoquímicos presentes en los extractos de la cáscara de Musa Paradisiaca se determinaron por cromatografía de gases acoplada a un espectrómetro de masas (GC-MS), y se lograron identificar los compuestos: 1,2 Etanodiol (60,0261 %) y 2,3 Butanodiol (11,2 %); estos -dioles representan un agente altamente reductor para metales, ya que actúan como solvente para el precursor metálico comportándose como agente reductor, y facilitando la formación de nanopartículas. Asimismo, las nanopartículas de plata sintetizadas se sometieron a un tratamiento de lavado y secado para ser posteriormente caracterizadas mediante las técnicas UV-Vis y DRX, dando como resultado una longitud de onda de 411 nm, la cual es característica de estas nanopartículas metálicas, y logrando identificar la estructura cúbica centrada en las caras (fcc) de la plata metálica, con un tamaño promedio de partícula de 21,8 nm de acuerdo con la ecuación de Debye-Scherrer.

La detección de actividades humanas ha logrado evolucionar debido a los avances y desarrollos de técnicas del aprendizaje de máquinas, las cuales han permitido dar soluciones a nuevos desafíos sin ignorar las dificultades que aún persisten y abogan atención; uno de ellos concierne a la sensibilidad que presenta el modelo de aprendizaje ante información traslapada, desbalanceada y atípica que repercute propiamente en el desempeño del modelo. En este artículo se evalúa una metodología para la clasificación de actividades humanas que castiga información con imperfectos. El proceso metodológico se lleva cabo por medio de dos clasificadores redundantes, una Máquinas de Vectores de Soporte penalizada que detecta los sub movimientos (micromovimientos) y luego un Modelo Oculto de Markov que predice la actividad dada la secuencia de micro movimiento. El desempeño del método fue comparado con técnicas del estado de arte, los resultados sugieren un avance significativo en la detección de micromovientos frente a los obtenidos con paradigmas no penalizados. En este trabajo se obtiene un adecuado desempeño en la clasificación de movimientos primitivos, con aciertos del 95,15% para el Kinect One®, del 96,86% para la red de sensores IMU y del 67,51% para la red de sensores EMG. Lo anterior impacta directamente la detección de actividades físicas con aciertos mayores al 95% de eficiencia.

Este artículo describe un método analítico para el análisis de elementos viga-columna con condiciones de borde generalizadas apoyadas en una fundación elástica Pasternak homogénea o no-homogénea. La formulación matemática utilizada en este documento es una presentada recientemente por el autor principal. La ecuación diferencial (ED) que gobierna el comportamiento del elemento viga-columna se resuelve utilizando el método de transformación diferencial (DTM). Para el modelo estructural propuesto, el DTM ofrece ventajas prácticas sobre otros métodos. La formulación propuesta proporciona la flexibilidad de tener en cuenta i) carga lateral y axial combinada en los extremos del elemento, ii) suelo homogéneo o no homogéneo, iii) fundación elástica Pasternak, y iv) una carga transversal arbitraria externa que actúa a lo largo del elemento. Los efectos de varias relaciones de esbeltez, relaciones de rigidez y condiciones de borde clásicas e intermedias se pueden estudiar fácilmente con la formulación propuesta. Se presentan ejemplos para validar la precisión del modelo y su aplicabilidad en una amplia gama de análisis.

Los movimientos en masa detonados por lluvias son una de las causas más frecuentes de desastres en países tropicales y terrenos montañosos. Estudios recientes muestran un aumento en la ocurrencia de movimientos en masa como un impacto esperado del cambio climático inducido por el hombre. Este documento presenta el análisis y la implementación de dos modelos diferentes basados en la física, SHALSTAB y TRIGRS, para evaluar el efecto de las lluvias en la evaluación de peligros de movimientos en masa en los Andes del noroeste colombiano. Las curvas intensidad-duración-frecuencia se utilizaron en escenarios de cambio climático para diferentes períodos de retorno. Según los resultados, aunque aumentan las intensidades de lluvia más altas, la ocurrencia de movimientos en masa no aumenta en una relación directa o proporcional. Teniendo en cuenta un proceso de infiltración constante (SHALSTAB), los resultados muestran áreas inestables mayores, en comparación con un proceso de infiltración transitoria (TRIGRS). Se observó una mayor influencia de la duración de la lluvia en lugar de la intensidad de la lluvia. Los resultados resaltan la necesidad de estudios que incorporen los escenarios de variabilidad y cambio climático en la evaluación de amenaza y la ordenación del territorio a largo plazo.

La producción de calzado está sujeta a la variabilidad inherente en cualquier proceso y los fabricantes necesitan aplicar herramientas que les permitan tomar decisiones certeras. En este trabajo se documenta el proceso para optimizar la asignación del buffer en una línea de producción de zapatos, minimizando el tiempo de ciclo en el Sistema, aplicando un enfoque de metamodelado. Se encontró que el cosido del frente y la interacción entre la operación del cosido del forro y la operación de ensamble tienen el mayor efecto sobre el tiempo de ciclo del producto dentro del proceso, la asignación óptima de espacios consiste en un acomodo desigual en la línea saturando las estaciones más lentas y el tiempo de ciclo sigue un comportamiento no lineal vs. la cantidad total de espacios disponibles (N) en la línea. Para un valor de N, el tiempo de ciclo alcanza un valor mínimo.

La Genisteína (5,7,4’-trihidroxiisoflavona) es una isoflavona abundante en la soya y otras legumbres y actúa como modulador selectivo del receptor de estrógenos. Al probar capacidades similares entre otros flavonoides, se encontró que es un fuerte inhibidor de la topoisomerasa. Al igual que algunos medicamentos de quimioterapia, es muy tóxico para células sanas. Se evaluó la adsorción de genisteína en la superficie de grafeno exclusivo y grafeno dopado con Ni, Ti, Cr y Se mediante la teoría funcional de la densidad. Inicialmente, variamos la posición de genisteína de la superficie del grafeno prístino y decorado cambiando las distancias entre (1-5 Å) y obtuvimos el Ead y Egap. El cálculo indicó que las energías de adsorción (Ead) de genisteína prístina a grafeno con grafeno decorado con Ni, grafeno decorado con Ti y grafeno decorado con Cr y grafeno decorado con Se son: 954.984, 318.168, 797.480, 946.725, 958.154 kcal / mole, y los valores calculados de la energía de adsorción en la distancia de equilibrio (de=3.918OA.) Los datos revelan que el grafeno decorado con genisteína-Ni es la posición más favorable energéticamente. Adicionalmente, explicamos la densidad de estados (Doss) y los orbitales moleculares de frontera HOMO y LUMO para el grafeno decorado con Ni y los complejos con genisteína; se confirmó que podría lograrse una carga positiva de grafeno decorado con Ni para moléculas de nucleófilos.

Este proyecto evalúa el riesgo de falla del suministro de agua para el sector agrícola en condiciones de cambio climático mediante la implementación de modelos hidrológicos que apoyan la toma de decisiones para satisfacer las demandas de consumo en tiempos de escasez. Este proyecto se desarrolló a través de una metodología que utiliza herramientas de modelado hidrológico como el software HydroBID y los modelos de gestión de recursos hídricos SIMGES y SIMRISK de AQUATOOL DSS. Las series de caudales para un escenario futuro se obtuvieron para diferentes escenarios de cambio climático a partir de un Modelo Climático Global (GCM) y el Experimento Regional Coordinado de Reducción del Clima (CORDEX) reduciendo la escala de los resultados de la escala global a la escala de cuenca utilizando un método estadístico basado en la teoría del caos. Estas proyecciones muestran que, en condiciones de cambio climático, el sector agrícola de la cuenca del Balsillas no sufrirá impactos significativos ya que podrá satisfacer la mayoría de los puntos de demanda.