Revista de la Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

Divulgación del conocimiento: Un desafío universitario permanente

Modelaje físico-matemático unidimensional de la difusión-reacción del ión Ca²⁺ en estructuras biocontráctiles (Caso: Célula de músculo liso)

La contracción y relajación de la célula muscular lisa está controlada por una variación temporal y espacial de la concentración del ión Ca2+ citosólico. Se construyó un modelo físico-matemático unidimensional basado en una ecuación de difusión-reacción que describe al transporte del ión Ca2+ que se resolvió numéricamente mediante el uso de COMSOL Multiphysics 3.4® (basado en elemento finito). Se diseñaron experimentos in silico para la liberación del ión Ca2+ desde 1, 2 y 3 canales-receptores de rianodina y la acción de la bomba ATP-ásica de Ca2+ ubicada en la membrana del retículo sarcoplásmico. Se analizó el comportamiento espacio-temporal transitorio (sparks de Ca2+) y estacionario de la concentración citosólica de Ca2+ en lugares muy cercanos a los sitios de liberación y suficientemente alejados de ellos. Se determinó que sólo la acción de bomba ATP-ásica de Ca2+ no garantiza el regreso a la concentración basal al terminar la relajación, razón por la cual se consideró un término adicional de reacción llamado flujo de fuga. También se demostró que la difusión del Ca2+ alcanza su estado estacionario cerca de 50 veces más rápido que cuando se considera la acción del amortiguador Calmodulina. Como consecuencia de la liberación impulsiva, la concentración pico de Ca2+ en el citosol, es diecisiete (17) veces mayor que la basal. Los cambios transitorios de concentración en puntos cerca del lugar de la liberación ocurren diez (10) veces más rápido que los cambios transitorios en puntos localizados cerca de los extremos del dominio. Se observaron oscilaciones en la concentración del ión Ca2+ en algunos puntos específicos del dominio cuando se dispara más de 1 canal-receptor de rianodina. El tiempo requerido para alcanzar el estado estacionario (relajación) está acorde con los descritos en la literatura para una célula de íleon

The contraction and relaxation of smooth muscle cells is regulated by a temporal and spatial variation in the cytosolic Ca2+ ion concentration. In this work was elaborated one-dimensional physical-mathematical model based in a reaction-diffusion equation that represents Ca2+ ion transport. This equation was numerically resolved using COMSOL Multiphysics 3.4 ® (finite element based). It was designed in silico experiments using the firing of 1, 2 and 3 Ryanodine Receptors-Channels and the action Ca2+ATP Pump located on sarcoplasmic reticulum membrane. It was studied transient (Ca2+ sparks) and stationary space-temporal behavior of Ca2+ cytosolic concentration in locations very near and enough far of liberation sites. It was determined that the sole action of Ca2+ATP Pump does not guarantee the return to baseline concentration at end of relaxation, and thus the action of additional reaction term called leak flux was considered. It was also shown that the Ca2+ diffusion reaches its steady state about 50 times faster than when was considered the Calmodulin buffer. The impulsive release of Ca2+ ion permits to obtain a Ca2+ concentration peak in the cytosol that is seventeen (17) times the baseline concentration. Transient changes in concentration near of release site occur ten (10) times faster than the transient changes near the ends of the domain. Oscillations were observed in the Ca2+ ion concentration in the domain points when were triggered per more than 1 Ryanodine Receptors-Channel. The time elapsed to achieve steady state (relaxation) are consistent with those described in the literature for ileum cell

Mejoramiento del tiempo de respuesta en una nueva arquitectura de multidifusión para audioconferencias basada en extensiones SIP y gestión de grupos

Los servicios de grupo como la audioconferencia requieren de un nivel mínimo de calidad de servicio para la transmisión adecuada de paquetes multimedia, así como del mejoramiento de los procesos de señalización para el establecimiento, el mantenimiento y la liberación de sesiones de grupos de multidifusión. Tradicionalmente, los servidores SIP (Session Initiation Protocol) han trabajado con señalización de unidifusión, y en forma complementaria soportan multidifusión IP (Internet Protocol). En la carga útil con SDP (Session Description Protocol) se describen las pautas de distribución de la sesión de multidifusión IP. Como consecuencia de ello, los mismos inconvenientes de la multidifusión IP afectan el rendimiento de las audioconferencias basadas en solicitudes con protocolo SIP. El presente trabajo propone una nueva arquitectura basada en extensiones SIP y en un sistema de gestión de grupos. Tal arquitectura soporta multidifusión de sobrealineación tanto en el plano de datos, como en el plano de control. Las funciones de gestión de grupos son ejecutadas en un gestor de conferencias. Se montaron dos grupos de experimentos para medir el tiempo de adherencia y el tiempo de desincorporación tanto con multidifusión IP como con la propuesta de multidifusión SIP para varios niveles de tráfico extra de datos desde un potencial miembro de grupo hasta la fuente de tráfico multimedia. Los resultados demuestran que la diferencia entre la desviación estándar mínima y máxima del tiempo de adherencia y del tiempo de desincorporación para la arquitectura propuesta con multidifusión SIP es menor que en la multidifusión IP para los escenarios estudiados

Group services like the audioconference require a minimum level of quality of service for the adequate transmission of multimedia packets, and the improvement of signaling processes for the establishment, maintenance and release of multicast group sessions. Traditionally, the SIP (Session Initiation Protocol) servers have dealt with unicast signaling, and complementary support IP (Internet Protocol) multicast . The distribution patterns of the session are described on the SDP (Session Description Protocol) payload. As a consequence, the same existing drawbacks of IP multicast affect the performance of SIP-based requested audioconferences. This work proposes and improves a new multicast architecture based on SIP extensions and a group management system. Such architecture supports overlay multicast in both data and control plane. The group management functions are executed inside a conference manager. Two testbeds were mounted to measure the joining and leaving time for both IP multicast and SIP multicast with several levels of extra load traffic from a potential group member to the source of multimedia traffic. The results show that the difference between the minimun and maximun standard deviation value for both joining and leaving time on the architecture proposed with SIP multicast is lower than with IP multicast for the studied scenarios

Los deslizamientos ocurridos el 20 de noviembre del 2008 en las colinas del sur de Caracas: una visión general de su impacto geotécnico

El 20 de noviembre del 2008 se registraron más de un millar de deslizamientos en las colinas urbanizadas del sur de Caracas a raíz de las fuertes precipitaciones caídas, los cuales produjeron pérdidas de vidas humanas (cinco personas), familias damnificadas y pérdidas materiales (no contabilizadas). En este trabajo se describen los principales factores condicionantes y desencadenantes que afectaron las laderas de las colinas urbanizadas del sur de Caracas durante las fuertes precipitaciones del mes de noviembre del 2008, y adicionalmente los diferentes de deslizamientos registrados en las laderas y taludes artificiales, los cuales se agruparon en 3 tipos: flujos rápidos de barro (fast mud flows), deslizamientos de detritos (debris slide) y caídas o colapsos de rocas (rock falls)

On November 20th, 2008 thousand of landslides affected the urbanized southern hillsides of Caracas as a result of heavy rainfalls, which caused loss of lives (five people), families affected and economic losses (not counted). This paper describes the physical parameters and triggers that affected the southern hillslopes of the urbanized of Caracas during heavy rainfalls recorded on November 2008. Additionally a characterization of the different types of landslides recorded in slopes was made, grouping into 3 types: fast mud flows, debris slides and rock falls

Desarrollo de métodos no convencionales para la extracción de fenantreno y pireno en partículas sedimentadas

El presente trabajo describe los avances en el desarrollo de métodos no convencionales para el tratamiento de muestras de partículas atmosféricas sedimentadas en túneles ubicados en la ciudad de Caracas, Venezuela, para el estudio de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs). Las técnicas utilizadas fueron Soxhlet (que proporciona la técnica de referencia), la extracción acelerada por solvente (ASE) y la dispersión de la matriz en la fase sólida (MSPD). Los resultados indican que la técnica más favorable fue la MSPD, porque mostró las ventajas de menor tiempo de trabajo y menor consumo de solventes. Los compuestos poliaromáticos fueron separados e identificados por cromatografía de líquidos de alta eficiencia (HPLC) con detección por fluorescencia (FLD). Dos PAHs fueron identificados: fenantreno y pireno

The present study shows the advances in the developments of extraction procedure of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH´s) in samples from atmospheric settled particles collected in highway tunnels of Caracas city, Venezuela. The techniques used were Soxhlet (as a reference technique), accelerated solvent extractions (ASE) and matrix solid phase dispersion (MSPD). The results indicate that the best technique was MSPD which show advantages such as less time and solvent consumption. The PAH´s compounds were identified using high performance liquid chromatography (HPLC) with fluorescence detector (FLD). Two PAHs were identifying: phenanthrene and pyrene

Instrumento electrónico para la estimación del índice de rugosidad internacional (IRI) con base en el perfilómetro estático Merlin

La medición del Índice de Rugosidad Internacional IRI mediante la utilización del perfilómetro estático MERLIN es un factor importante en la determinación de las condiciones de una carretera. La necesidad de la automatización de la toma de datos así como el cálculo del IRI en campo fijan los requerimientos principales para este proyecto. Para obtener las variaciones con respecto a la cuerda promedio se utilizan acelerómetros, midiendo el recorrido por la determinación del giro de la rueda del perfilómetro estático MERLIN. De las pruebas realizadas se obtuvieron resultados satisfactorios, reduciendo los costos de operación y el tiempo para el procesamiento de los datos

Measuring the International Roughness Index IRI through the use of MERLIN profilometer is a key factor in determining road conditions. The need of data collection automation and the calculation of IRI into field data acquisition automation set the main requirements for this project. Variations are determined using accelerometers, and the distance is measured in terms of the rotation of the wheel of MERLIN profilometer. The results were satisfactory, reducing operating costs and the processing time

Caracterización físico-química de emulsiones de aceite de maíz en agua

El análisis de los aspectos físico-químicos (formulación-composición) asociados con la caracterización de una emulsión de aceite en agua (O/W), manufacturada por la industria alimentaria, es de gran importancia porque aporta una base de conocimiento para su elaboración. Este tipo de sistemas debe poseer gran estabilidad porque se somete a altos tiempos de almacenamiento, muchas veces bajo estrés térmico. Se elaboraron emulsiones de aceite de maíz en agua con un surfactante no iónico (HLB=15), mediante emulsificación directa variando la relación aceite en agua (φ) y concentración de surfactante. Se utilizó un sistema de mezclado ajustando la configuración geométrica del estator, del impulsor y la potencia nominal del motor. Las propiedades estudiadas fueron: conductividad, estabilidad como porcentaje de volumen coalescido y clarificado, comportamiento reológico y distribuciones de diámetro de gota. La información recolectada se usó para la generación de mapas 3D. La conductividad dependió notablemente de la proporción de fase interna (IPR) y de la concentración de surfactante. Las emulsiones más estables fueron las de 80 % O/W. La estabilidad a 50 °C resultó mayor que a 40 °C. La estabilización fue atribuida a cambios en la partición del surfactante, aumentando su adsorción en la interfase. Las emulsiones más concentradas, presentaron un comportamiento pseudoplástico, mostrando una transición a 60 %, para convertirse en newtonianas a menores concentraciones (φ≤50 %)

The analysis of physico-chemical aspects (formulation-composition) associated with the characterization of a water in oil emulsion (O/W), manufactured by the Food Industry, is of a great importance due to its contribution into the know-how of its elaboration process. This type of system must have good stability to endure long storage times, often under thermal stress. Edible corn oil in water emulsions, stabilized with a non ionic surfactant (HLB=15), were elaborated by direct emulsification, varying the water oil ratio (φ) and surfactant concentration. It was used a mixing system setting the geometrical dimensions of stator, impeller and the nominal potency of the engine. The studied properties were: conductivity, stability as percent of clarified and coalesced volume, viscosity, rheological behaviour and, drop size distribution. The information gathered was plotted as 3D plots. Conductivity was notably dependent on Internal Phase Ratio (IPR) and surfactant concentration. The higher stability was found to be that of 80% oil in water emulsions. Stability was higher at 50 °C than at 40 °C. The most concentrated emulsions showed a pseudoplastic behaviour, having a transition at 60% range, that lead to newtonian behaviour at lower concentrations (φ≤50%)

Efecto del pretratamiento sobre la actividad de catalizadores carburados de NiMo y como soportados sobre γ-Al₂O₃ para la reacción de hidrodesulfuración del tiofeno

En el presente trabajo se evaluó el efecto del pretratamiento de activación en catalizadores carburados de NiMo y CoMo soportados sobre γ-Al2O3 para la reacción HDS del tiofeno a presión atmosférica. Se comparó la influencia de la activación bajo corriente de H2 o de CS2/H2 por un lapso de dos horas a 300 ºC. Las pruebas fueron aplicadas a los precursores oxídicos y luego de carburados y a catalizadores comerciales equivalentes en la reacción de HDS de tiofeno a 400 ºC. Los sólidos fueron caracterizados por difracción de rayos-X, espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier, fisisorción de N2 (método BET) y análisis elemental. La caracterización de los sólidos sugiere la formación de fases mixtas mientras que los resultados de actividad indican que los pretratamientos estudiados ejercen influencias similares sobre la actividad de los carburos metálicos, observándose apenas un ligero aumento en la conversión del tiofeno cuando el sólido es activado con CS2/H2

reaction at atmospheric pressure. Two activation procedures were compared: flow of either CS2/H2 or H2, both of them at 300 ºC for two hours. Both commercial and laboratory synthesized NiMo and CoMo oxidic and carbided catalysts were tested in the tiophene HDS reaction at 400 ºC. All the samples were characterized by means of X-ray diffraction, Fourier-transform infrared spectroscopy, physorption of N2 (BET method) and elemental analysis. Characterization suggest that there are mixed phases in the solids; on the other hand catalysts activity tests indicates that, for carbides the pretreatments studied do not have any major influence over tiophene conversion, although it is observed a slight improvement in the activity when the carbide catalyst are activated by CS2/H2 gas flow

Estudio del equilibrio líquido-vapor en mezclas de hidrógenoe hidrocarburos con énfasis en procesos de hidrocraqueo

En el presente trabajo se realizó un estudio del equilibrio líquido vapor (ELV) utilizando las ecuaciones de estado (EOS) cúbicas de Peng-Robinson (PR) y Soave-Redlich-Kwong (SRK), con el particular énfasis en lograr representar de manera adecuada el equilibrio líquido vapor en mezclas de hidrógeno con hidrocarburos en un rango de temperatura y presión de interés para procesos de hidrocraqueo. Inicialmente se estudiaron diferentes modelos representativos encontrados en la literatura, basados en la modificación de parámetros tales como el "a(T,w)" y/o el "b" (covolumen) de las EOS, y en el uso de correlaciones para el parámetro de interacción binaria entre el hidrógeno y el hidrocarburo. Posteriormente, se correlacionaron los parámetros de interacción binaria utilizando un total de 520 datos de solubilidad de hidrógeno en hidrocarburos que van desde n-hexano hasta n-hexatetracontano. Se obtuvo que al utilizar dos parámetros de interacción binaria (kij y EHj) que modifiquen los parámetros a(T,w) y b de las EOS, se logra una representación del equilibrio en estos sistemas con un error relativo no mayor a 3,3 % para la EOS de PR y no mayor a 3,6 % para la EOS de SRK. Las correlaciones obtenidas pueden ser utilizadas para predecir el ELV en sistemas con hidrógeno e hidrocarburos pesados presentes comúnmente en procesos de hidrocraqueo

In this work, a study of the vapor-liquid equilibrium (ELV) in mixtures of hydrocarbons and hydrogen was made using the cubic equations of state (EOS) of Peng-Robinson (PR) and Soave-Redlich-Kwong (SRK). The main objective is to predict accurately the vapor liquid equilibrium in mixtures of hydrocarbons and hydrogen in a range of temperature and pressures commonly used in hydrocracking processes. Initially, various models available in the literature are studied. These models are based in the modification of parametersof the equations of state such as "a(T,w)" and/or the covolume"b", and in the use of correlations for the binary interaction parameters between hydrogen and hydrocarbons. Subsequently, the binary interaction parameters were correlated using 520 experimental points of solubility of hydrogen in hydrocarbons from n-hexane to n-hexatriacontane.The results obtained indicated that by adjusting two parameters, one for as a(T,w) and other for b,the equilibrium is represented with an average error of 3.3 % for the PREOS and 3.6 % for the SRK EOS. The correlations proposed can be used to predict ELV in systems containing hydrogen and heavy hydrocarbons usually present in hydrocracking processes

Diferencias entre los valores de la tensión interfacial dinámica de gotas de agua en CO₂ y burbujas de CO₂ en agua

La tensión interfacial dinámica (γ) del agua en un ambiente gaseoso de CO2 fue determinada a 20, 30, 40 y 50 ºC y a presiones de 0, 1, 2, 3, 4 y 5 MPa. También fue calculada la tensión interfacial de burbujas de CO2 en agua a 30, 40 y 50 ºC y a presiones de 2 y 3 MPa. Se usó el método de la gota colgante (agua como fase dispersa y CO2 como fase continua) o su variación de la burbuja emergente (CO2 como fase dispersa y agua como fase continua), manteniendo tanto la presión como la temperatura constante y variando solamente el volumen de la fase dispersa. Los valores obtenidos de γ de equilibrio de la gota estuvieron entre 33,1 y 68,5 mN/m, mientras que para el caso de la burbuja estos valores estuvieron comprendidos entre 26,6 y 41,7 mN/m. Tanto para la burbuja como para la gota, los valores de la tensión interfacial mostraron un decrecimiento con el tiempo, para cada condición de T y P estudiadas. El valor de γ en el caso de la burbuja de CO2 disminuye ligeramente al aumentar la temperatura, pero en el caso de la gota de agua a altas presiones, γ aumenta al incrementarse la temperatura. Los valores de γ obtenidos fueron diferentes en los casos cuando las fases continuas y dispersas cambiaban: cuando el CO2 era la fase dispersa (burbuja de CO2) el valor de γ fue menor que cuando el gas era la fase continua (gotas de agua) a las mismas condiciones de T y P. Estas diferentes se deben a que el sistema estudiado se comporta como uno sistema no ideal. El CO2 cuando se disuelve en el agua provoca un hinchamiento en ésta lo que hace que las fuerzas superficiales presenten un comportamiento diferente dependiendo de cuál sea la fase dispersa y el sentido del flujo difusivo entre las dos fases

Barreras térmicas y nuevos materiales

Las barreras térmicas limitan la transferencia de energía térmica "calor" y protegen contra la oxidación y corrosión en ambientes químicamente agresivos que se encuentran a altas temperaturas. Estas barreras se construyen como un sistema de tres capas. La capa externa es de baja conductividad térmica, la capa intermedia protege al sustrato contra la oxidación y corrosión a altas temperaturas y la capa interior provee una superficie adherente. La idea principal es remplazar las capas de zirconio estabilizado con itrio, usadas comúnmente, por capas de nuevos materiales. Tres líneas de estudio se han identificado: 1) El desarrollo de materiales que muestren un valor para la conductividad térmica (k) que resulte significativamente menor que la mínima conductividad térmica del zirconio estabilizado con itrio (k ~ 1 W/mK), 2) El desarrollo de materiales nanoestructurados con estructura desordenada y nanocapas individuales de unos pocos nanómetros de espesor que reducen la conductividad térmica y 3) El estudio de la conductividad térmica a temperaturas cercanas a la temperatura de fusión en materiales amorfos. En el primer caso, los estudios se focalizan en el efecto de átomos de tierras raras capaces de introducir una significativa falta de armonía en los fonones, tierras raras tales como Gd2Zr2O7 y Sm2Zr2O7 han conducido a resultados interesantes. En el segundo caso, si el tamaño del grano es muy pequeño, el comportamiento de la conductividad es parecido al de los materiales amorfos y nanocapas de W y Al2O3 con alta densidad en la interfaz. En el tercer y último caso, los diferentes procesos físicos que se manifiestan en los materiales amorfos pueden ser relevantes en la comprensión del valor mínimo de conductividad térmica de sólidos cristalinos dieléctricos registrado a muy altas temperaturas. Esta observación sugiere la posibilidad del uso de materiales amorfos en la elaboración de barreras térmicas

Thermal barrier coating limits heat transfer and protect again oxidation and corrosion in chemically aggressive environment at high temperature. Nowadays, thermal barrier coating are made of three layers. The first layer is the layer with the lowest thermal conductivity. The second layer protects the substrate again oxidation and corrosion at high temperature. The last layer provides adherence. The main idea is to replace the Yttria-stabilized zirconia layer, often used, by a layer of a new material. Three lines of research have been identified: 1) Development of material with a thermal conductivity (k) lower than the thermal conductivity shown by Yttria-stabilized zirconia (k ~ 1 W/mK), 2) The development of nanostructured materials with disordered structure and of individual nanocapas a few nanometers thick that reduce the thermal conductivity and 3) The study of the thermal conductivity at temperatures near the melting temperature in amorphous materials. At the former case, the focus is on the effect of rare earth atoms that can introduce a significant anharmonic effect. In this way, zirconates of rare earth such us Gd2Zr2O7 and Sm2Zr2O7 have lead to interesting results. In the second case At, if the grain size is very small, the behavior of the thermal conductivity is similar to that of amorphous materials and nano layers of W and Al2O3 with high density at the interface. In the third and the last case, the different physical processes that occur in the amorphous material may be relevant in understanding the minimum value of thermal conductivity of solid crystalline dielectrics recorded at very high temperatures. This observation suggests the possibility of using amorphous materials in the development of Thermal barrier coating