Investigación & Desarrollo

BÚSQUEDA DE COLORANTES NATURALES EN EL VALLE DE ZONGO CON POSIBLES PROPIEDADES ANTIOXIDANTES Y/O FOTOPROTECTORAS

Eleven plants were collected in the Zongo Valley following an organoleptic and chimio-taxonomic criteria of collection to find species with colorant and photo-protector properties. Brachyotum microdon, Monnina bridgesii and Souroubea fragilis present promising colorant attributes. In addition,B. microdon, Rumex acetosella and Fuchsia boliviana show important absorptions in the UV-B region while S. fragilis, Orthaea boliviensis, Senecio floccosus and Baccharis pentlandiihave UV-A and UV-B absorptions. A series of phytochemical tests were performed to learn about the secondary metabolite profile in the collected species. This is the first work done and published for Souroubea fragilis, Orthaea boliviensis and Senecio floccosus.

Once plantas fueron colectadas en el Valle de Zongo siguiendo un criterio de colecta organoléptico y químio-taxonómico para encontrar especies con propiedades colorantes y fotoprotectoras. Brachyotum microdon, Monnina bridgesii y Souroubea fragilis presentan prometedores atributos como colorantes. Además, B. microdon, Rumex acetosella y Fuchsia boliviana muestran importantes absorciones en la región de UV-B mientras que S. fragilis, Orthaea boliviensis, Senecio floccosus y Baccharis pentlandii poseen absorciones en UV-A y UV-B. Una serie de ensayos fitoquímicos fueron realizados para conocer el perfil de metabolitos secundarios en las especies colectadas. Este es el primer trabajo realizado y publicado de Souroubea fragilis, Orthaea boliviensis y Senecio floccosus.

ANÁLISIS DE LA PRECIPITACIÓN AÉREA DE LAS CUENCAS CLAVE DE COCHABAMBA BASADO EN TECNOLOGÍA SATELITAL

Monitoring spatial precipitation at high resolution is a crucial variable in semi-arid regions like Cochabamba city. However, limitations regarding the number, quality and uniform distribution of operating rain gauges inside the basins area, lead us to examine data and combine it with satellite-based precipitation. These products accuracy is increasing, but their evaluation needs validation before its usage in water balance. We focused in the five key basins that may provide water for agriculture and drinking purposes in metropolitan area of Cochabamba city (Cbba). A three level comparison was carried out, considering hourly and daily values of precipitation intensities measured at available stations, areas of influence and sub basins. Accumulated monthly values from Global Satellite Mapping of Precpitation (GSMaP) data correlate better than a comparison with Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología SENAHMIs daily measures. The results showed spatial and temporal variability between GSMaP and SENAHMI stations. Actually, it is important to point out that in most cases; values estimated by GSMaPs became underestimated when compared against surface gauges. Hence, we propose a simple integration method of gauge-based and satellite-based precipitation data, using correction factors. We reached a 19 % improvement of areal precipitation for the rainy season 2015/2016, using correction factors obtained by correlating data from SENAMHI and GSMaP and evaluating the relative errors during previous rainy season 2014/2015. Subsequently, we plan to apply them as input to hydrological models to obtain river discharge values and determine whether the fulfilment of water demand in Cbba is possible. In future studies we plan to include the potential climate change scenarios and adjust precipitation variability according to elevation range which is 2500-3500 m.a.s.l. in this region. Results are expected to provide a higher resolution of precipitation, also produce more accurate water balance to support wise decisions over the water resources management in semi-arid regions.

La medición de la precipitación espacialmente, en alta resolución, es una variable crucial en regiones semiáridas como la ciudad de Cochabamba. Sin embargo, las limitaciones en cuanto al número, la calidad y la distribución espacial de pluviómetros operando dentro del área de la cuenca, nos llevan a examinar los datos y combinarlos con las intensidades de precipitaciones estimadas desde satélites. La precisión de estos productos está aumentando, pero su evaluación necesita ser validada mediante la combinación de datos antes de su empleo en balances hídricos. En este artículo analizamos las cinco cuencas clave que pueden proporcionar agua para fines agrícolas y agua potable en el área metropolitana de la ciudad de Cochabamba. Se efectuó una comparación a tres niveles, valores puntuales en cada estación, promedios en áreas de influencia de las estaciones y dentro de áreas de las sub-cuencas, basada en intensidades de precipitaciones horarias y diarias. Se encontró que los valores mensuales acumulados entre GSMaP y SENAMHI se correlacionan mejor que una comparación de precipitaciones diarias. Los resultados muestran que existe variabilidad espacial y temporal de la precipitación entre GSMaP y las estaciones meteorológicas. Es importante señalar que en la mayoría de los casos, las intensidades estimadas por los productos de GSMaP han subestimado los valores medidos en tierra. Por lo tanto, se propone aquí un método simple para la combinación de los datos de precipitación estimados por satélite y medidos por pluviómetros. Se alcanzó una mejora del 19% en la correlación de datos entre SENAMHI y GSMaP evaluando los errores relativos de la temporada de lluvias 2014/2015 y aplicando factores de corrección para la siguiente época lluviosa 2015/2016. Posteriormente tenemos la intención de aplicar estos productos como datos de entrada a los modelos hidrológicos para obtener la descarga de los ríos y determinar si la demanda de agua en Cbba se puede satisfacer. Para estudios futuros tenemos la intención de incluir los escenarios de posibles cambios climáticos y considerar la variabilidad de la precipitación por la elevación que en la zona está en el rango 2500-3500 m.s.n.m. Los resultados esperados deberían proporcionar una mayor resolución de precipitación, producir un balance hídrico más preciso y contribuir a la toma de decisiones en la gestión de los recursos hídricos en regiones semiáridas.

REMOCIÓN DE ARSÉNICO EN AGUAS SUBTERRÁNEAS CON BAJAS CONCENTRACIONES DE HIERRO MEDIANTE MICROFILTROS COMERCIALES

Se ha monitoreado el desempeño de un sistema de filtración para la remoción simultánea de As y Fe durante 40 días, en aguas de pozo con bajas concentraciones de Fe total. El sistema está compuesto por un tanque de aireación provisto de un aspersor comercial y dos microfiltros comerciales de polipropileno(5 μm de tamaño de poro) dispuestos en serie. También se ha estudiado la remoción simultánea de hierro total y arsénico total en la trayectoria del sistema de aducción de agua hacia el sistema de aireación-filtración. Existen significativos porcentajes de remoción de Fe total (hasta un 42 %) y As total (hasta un 75%) en la trayectoria de la aducción de agua que va hacia el sistema de aireación - filtración. Las características del agua del pozo del establecimiento educativo son apropiadas para la remoción simultánea de Fe y As, por su moderada concentración de Ca2+, pH neutro y bajas concentraciones de nitratos y sulfatos que podrían competir con los arseniatos por los sitios de adsorción de los hidróxidos de hierro retenidos en los medios filtrantes. Aun cuando la concentración de Fe en las aguas sin tratar son relativamente bajas (< 0,3 mg/l), existe una significativa acumulación de ferrihidrita, Fe(OH)3 sobre la superficie de los microporos de los medios filtrantes, llegando hasta concentraciones entre 53 y 70%,medidas como Fe2O3, de la masa total de sólidos retenidos. Las eficacias de remoción de As total y Fe total en el sistema fueron significativas (33-41% y 46-78%, respectivamente), aprovechando solo la presencia de Fe total filtrable en las aguas subterráneas, por lo que se puede considerar que el sistema de filtración es apropiado para tasa de consumo hasta de 160 l/d, bajo las condiciones descritas. La eficacia de remoción de As total es menor que la lograda en el sistema piloto de tratamiento basada en colectores solares, debido principalmente a la adición de altas concentraciones de sales de hierro.

Monitoring of the performance of a filtration system for the simultaneous removal of As and Fe was carried out during 40 days, treating groundwater containing low total iron concentrations. The system comprises an aeration tank with a commercial spray and two commercial polypropylene microfilters (5 μm)arranged in series. The simultaneous removal of both ions within the adduction path of the groundwater has also been studied. There is a significant removal of iron (up to 42%) and arsenic (up to 75%) in the path between the wellhead to the entrance to the aeration tank. The groundwater physical and chemical characteristics are suitable for the simultaneous removal of arsenic and iron, due to its moderate concentrations of Ca2+, neutral pH and low nitrate and sulfate concentrations, which may compete with arsenate species for the adsorption sites on the surface of the iron oxide retained by the porous media. Even though the total iron content in the groundwater is relatively low (< 0.3 mg/l), there exists a significant accumulation of iron hydroxide on the surface of the porous media, reaching contents of 53-70% (as Fe2O3) of the total mass of retained solids. Removal efficiencies for total arsenic and total iron were significant (33-41% y 46-78%, respectively), providing that only the natural occurrence of iron in groundwater is used. Consequently, the filtration system can be considered appropriate for a consumption rate of 160 l/d, under the described conditions. The arsenic removal efficiency is lower than that obtained using the pilot plant based on solar collectors, mainly due to the high doses of iron salts added.

IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CALEFACCIÓN SOLAR TÉRMICO: ANÁLISIS ENERGÉTICO Y ECONÓMICO

El siguiente trabajo presenta la implementación de un sistema de calefacción solar térmico que usa tubos al vacío para el calentamiento de un fluido térmico, aprovechando la energía solar como fuente primaria de energía. La energía almacenada en el fluido es utilizada para climatizar un ambiente de una superficie de 45.5 m². El sistema se desarrolló con el objetivo de determinar la factibilidad tanto técnica como económica para su implementación en regiones de clima frío en Bolivia. El sistema cuenta con un colector solar de tubos al vacío que se conecta mediante tuberías a un intercambiador de calor tipo radiador. Se usó una bomba para la circulación del fluido caliente del colector al radiador y un ventilador para acelerar la transferencia de calor en el ambiente a climatizar. El sistema de calefacción cuenta con un termostato para el control de la temperatura ambiente para optimizar la energía solar disponible y el consumo de energía eléctrica de la bomba de agua y ventilador de aire. Con la implementación del sistema de calefacción, se consiguió aumentar la temperatura del ambiente de prueba a la temperatura deseada en 3 horas de funcionamiento, en el tiempo restante, el colector solar térmico almacenó la energía solar disponible en el tanque de agua para usarlo al día siguiente. Se comparó el sistema de calefacción solar con un calefactor eléctrico (4kW) bajo las mismas condiciones de operación. Se estimó un ahorro en energí aeléctrica mensual de 163.1kWh/mescon el sistema de calefacción solar que se traduce a un ahorro económico estimado de 23.4$US/mes. Al reducir el consumo de energía eléctrica también se reduce la emisión de gases de efecto invernadero (G.E.I.)en 81.5 kg de CO2/mes. Para el presente caso de estudio, el tiempo en el que se puede recuperar la inversión del sistema de calefacción solar térmico respecto al calefactor eléctrico es de 5.3 años. Como un parámetro importante se tiene que un metro de colector solar térmico de tubo al vacío puede calentar un ambiente de 16.5 m².

This work presents the implementation of a solar heating system that uses thermal vacuum tubes to heat a thermal fluid: Solar energy is used as a primary energy source. The stored energy is used to heat a room with an area of 45.5 square meters. The system was developed in order to determine both technical and economic feasibility and for its implementation in cold regions in Bolivia. The system features a solar collector vacuum tube which is connected by pipes to a heat exchanger. A pump is used for circulating the hot fluid to the heat exchanger, a fan is used to heat the cold air in the room and to accelerate the heat transfer process in the heat exchanger. The solar heating system has a thermostat to control the temperature in the room, to optimize the available solar energy and to reduce the electric consumption of the water pump and air fan. The solar heating system was able to reach the desire temperature in the room in 3 hours, the rest of the time the thermal collector stored the remaining solar energy in the water tank that will be used the next day.An electric heating system of 4 kW was used to heat the same room under the same conditions as the solar heating system. As a benefit, a monthly electricity savings of 163.1 kWh was achieved with the solar heating system that represents an estimated cost savings of 23.4 $US of electricity. By reducing power consumption, gas emissions greenhouse was also reduced in 81.5 kgCO2. For this specific case of study and considering the solar heating system is working all year, a payback time of 5.3 years can be obtained. As an important parameter, one square meter of solar thermal evacuated tubes can heat a room of 16.5 m².

NADANDO CONTRA LA CORRIENTE: UN CONTEXTO DE SIMULACIÓN ROBÓTICA

Fish in nature take advantage of some types of turbulence and even generate it to swim with a minimum expenditure of energy. This is the case observed in rainbow trout swimming against the flow in well patterned turbulence phenomenon called Karman Street. Robotic and Multiphysics simulators do not include the possibility of this sort of turbulent flow in interaction with the robot body, to train controllers. Therefore, to better understand how to design a robot that takes advantage of the turbulence, we have developed a simulation framework based on rigid body dynamics software (Webots) and a physics plugin. This plugin has been developed based on a generalized abstraction in the useful area of Karman vortex streets. This framework allows the simulation of user designed robots and their controller interaction with the environment.

Los peces en la naturaleza aprovechan de algunos tipos de turbulencia e inclusive la generan para poder nadar con un gasto mínimo de energía. Este es el caso observado en las truchas arcoíris que nadan contra la corriente dentro de las llamadas calles de vórtices de Karman. Los ambientes de simulación de robots acuáticos no incluyen flujos turbulentos ni la posibilidad de entrenar controladores en ellos. Es por eso que, para poder entender mejor como diseñar un robot que aproveche la turbulencia del medio para ahorrar energía, se ha generado un ambiente de simulación basado en un simulador de cuerpos rígidos (webots) y un plugin de física. Este plugin se ha desarrollado en base a una abstracción generalizada en el área útil de calles de vórtices de Karman. Este ambiente permite la simulación de robots diseñados por el usuario y al mismo tiempo la programación del controlador de dicho robot.

DESARROLLO DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN ELECTRÓNICA, BASADA EN UN CIRCUITO DE IONIZACIÓN DE CORRIENTE SIMMER, PARA UN LÁSER PULSADO DEL TIPO YAG:Nd⁺⁺⁺

El siguiente trabajo presenta la implementación de una fuente de alimentación electrónica, basada en un circuito de ionización de corriente simmer, aplicado a una lámpara flash con Xe, para la excitación de un cristal del tipo YAG:Nd+++. Para el diseño y dimensionamiento de este circuito se utilizaron elementos comerciales de bajo costo. La ventaja de utilizar el circuito de corriente simmer, consiste en la aplicación de alto voltaje (aproximadamente 20 kV) solo una vez, para ionizar la lámpara flash y mantenerla ionizada de manera continua, con una corriente mínima de 40 mA. Este régimen de trabajo de la lámpara flash, permite trabajar al sistema, con frecuencias de disparo hasta los 10 Hz. La aplicación de este circuito en la fuente de energía para los sistemas láseres del tipo YAG:Nd+++ no solo adopta una medida de seguridad importante, al evitar el alto voltaje frecuentemente, sino que también alarga el tiempo de vida de las lámparas utilizadas e incrementa la estabilidad de la salida óptica entre pulsos láser.

This work introduces the implementation of a simmer current circuit applied to aXe flash lamps, for excitation of a YAG: Nd+++ crystal type. Low-cost commercial elements were used for designing and dimensioning of this circuit. The advantage of using the simmer circuit involves the application of high voltage (about 20 kV) only once, to ionize the flashlamp and keep ionized continuously, with a minimum current of 40 mA. This flash lamp work regime permits working with frequencies shooting above 10 Hz The application of this circuit inside the power source for YAG: Nd+++ type laser systems, not only adopts an important security measure, avoiding the frequent use of high voltage but also lengthens the lifetime of the lamps used, and increases stability of the optical output from laser pulses.

FiMAN: SISTEMA COMPUTARIZADO PARA ANÁLISIS DE MOVIMIENTOS DIGITALES

La reciente tecnología de dispositivos y sensores infrarrojos han abierto nuevas posibilidades para el desarrollo de software relacionado con el área de análisis de movimientos corporales. Esta tecnología puede ser utilizada en áreas como la salud, la enseñanza, la realidad virtual y aumentada, control de robots y entretenimiento. En este artículo presentamos el desarrollo de FiMAN, un sistema que permite visualizar los movimientos detallados de las manos en tiempo real y en 3D utilizando el dispositivo infrarrojo LeapMotion para la captura de datos, permitiendo la realización de grabaciones y reproducciones de movimientos para su posterior análisis. Para su desarrollo fue necesaria la división modular de los componentes visuales, estructurales, analíticos, estadísticos y de sonido, además de la captura y manipulación de datos. Gracias a su diseño modular, se obtuvo un entorno genérico de desarrollo para aplicaciones especializadas en movimientos digitales. Como Estudio de Caso, se utilizó el sistema al área de la educación musical, específicamente a la enseñanza de la técnica del piano, para lo cual se extendió FiMAN con un teclado virtual y manejo de sonido. El uso real de FiMAN en este escenario, demostró su modularidad y extensibilidad a diferentes áreas relacionadas al análisis de movimientos digitales.

The introduction in the market of new devices and sensors with infrared technology has opened new opportunities for the development of specialized software for body motion analysis, in areas such as health, virtual and augmented reality, robot control and entertainment. In this article we present FiMAN, a computer system that allows capturing and visualizing detailed finger and hand motion in 3D and real time, using a Leap Motion sensor.FiMAN allows to record, store and replay finger motion for post-mortem analysis. We developed a modular system using components for visual, structural, analysis, statistical and sound management, which include also data capture a manipulation. Thanks to its modular design, FiMANis a generic framework for the development of specialized motion analysis applications. As a Case Study,we extended FiMANas a tool for musical education, namely to support teaching of piano techniques, through a virtual piano keyboard with a sound module. The real life usage of FiMAN, demonstrated its modularity and extensibility for its applicability in different areas related to motion analysis.

UNA REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA DEL ANÁLISIS VIBRACIONAL PARA EL DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS MEDIANTE EL USO DE MÉTODOS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL

In the industry, gears and rolling bearings failures are one of the foremost causes of breakdown in rotating machines, reducing availability time of the production and resulting in costly systems downtime. Therefore, there are growing demands for vibration condition based monitoring of gears and bearings, and any method in order to improve the effectiveness, reliability, and accuracy of the bearing faults diagnosis ought to be evaluated. In order to perform machine diagnosis efficiently, researchers have extensively investigated different advanced digital signal processing techniques and artificial intelligence methods to accurately extract fault characteristics from vibration signals. The main goal of this article is to present the state-of-the-art development in vibration analysis for machine diagnosis based on artificial intelligence methods.

En la industria, fallas en los engranajes y rodamientos son una de las principales causas de avería en máquinas rotativas, reduciendo el tiempo de disponibilidad de los equipos en producción y generando tiempo de inactividad con costos elevados. Por tanto, existe una creciente demanda de monitoreo basado en la condición de vibración de engranajes y rodamientos, y cualquier método con el fin de mejorar la fiabilidad y exactitud del diagnóstico de fallas debe ser evaluado. Con el fin de realizar eficientemente el diagnóstico de las máquinas, investigadores desarrollan diferentes técnicas avanzadas de procesamiento digital de señales y métodos de inteligencia artificial para extraer características de las fallas en los equipos. El objetivo principal de este estudio bibliográfico es de realizar una revisión del estado del arte relacionado con el análisis de vibraciones para el diagnóstico de las máquinas usando métodos de inteligencia artificial.