Interferometría holográfica digital (IHD) para la caracterización de líquidos

En este manuscrito de tesis, se presenta el trabajo de investigación desarrollado en la implementación de una nueva propuesta aplicadas en líquidos de un sistema óptico basado en la Interferometría Holográfica Digital (IHD) para medir los valores del Índice de Refracción (IR) en una o más muestras. Se muestra el desarrollo matemático que sustenta la propuesta, así como el trabajo experimental, los resultados obtenidos en esta investigación. Además se presenta el trabajo que asocia los valores del IR con las propiedades física de concentración y temperatura en un líquido. En el sistema óptico implementado, se presenta una nueva propuesta, que consiste en el agregado de una apertura rectangular para el estudio de líquidos. La apertura agregada permite modular las altas frecuencias y mejora la separación para el filtrado de las bajas frecuencias que son asociadas al ruido existente en el frente de onda registrado. Con la obtención y procesamiento de las altas frecuencias se logra mejorar la sensibilidad y exactitud en los resultados de la diferencia de fase de los frentes de ondas dispersados por el objeto de fase. Otras de las ventajas de la nueva propuesta, es que no se requiere del conocimiento de las dimensiones del contenedor, y su robustes del sistema lo hace funcional con contenedores que tengan una morfología irregular. Las investigaciones que se desarrollaron fueron para el estudio de las propiedades físicas de un líquido en condiciones estáticas y dinámicas. Se presentan dos investigaciones del cálculo del IR de un líquido en condiciones estáticas. En la primera de ellas se establece una diferencia de fase que nos ayudará a eliminar la dependencia de las dimensiones del contenedor a utilizar. En la segunda investigación, se desarrolla una aproximación de la diferencia de fase para el cálculo del IR de la sustancia puesta bajo estudio. En ambas investigaciones se obtuvieron resultados más precisos que los obtenidos por sistemas ópticos similares al cálculo del IR que utilizan la IHD. Con la necesidad de demostrar la capacidad de la primera investigación, se procedió a desarrollar una tercera investigación que fuera capaz de medir diferencias de concentración asociadas al IR de muestras líquidas.Como última y cuarta investigación se desarrolla el estudio de la evolución de la temperatura en el proceso de enfriamiento de agua destilada. Con esta investigación se demuestra el óptimo funcionamiento del sistema propuesto para el estudio prácticamente en tiempo real del IR en condiciones dinámicas de una sustancia líquida

Interferometría holográfica digital para la caracterización de líquidos

In this thesis manuscript, we developed the implementation of a new proposal applied in liquids of an optical system based on Interferometry Holographic Digital (IHD). This system is able to measure the values of Refractive Index (RI) in one or more liquid samples. We show the mathematical development that supports this research, also we show the experimental work and the results obtained in this investigation. Furthermore, we show the work that relates the RI with the physical properties of concentration and temperature in a liquid. In this optical system, we added, as a new proposal, a rectangular aperture to study the physical properties of a liquid, The added aperture modulates the high frequencies and improves the suppression for filtering the low frequencies that are associated with the noise in the recorded wavefront. The filtering of the high and low frequencies is to improve the sensitivity and accuracy of the results of the phase difference. Another advantage of the new proposal is that is not required knowledge of the dimensions of the container and the robustness of the system makes functional with containers having an irregular morphology. According with this thesis research, some investigations were developed to study the physical properties of a liquid in static and dynamic conditions. Two investigations about the RI calculation of a liquid under static conditions were presented. In the first one, we use a phase difference that will help us to eliminate the dependence on the dimensions of the used container. In the second investigation, an approximation of the phase difference for the RI calculation in a substance was developed. In both studies we obtain more accurate results than other similar optical systems that use IHD. Also, we develop a third investigation that was able to measure differences associated with the concentration differences of two liquid samples. As last and fourth research, we study the evolution of the temperature in the cooling process of distilled water. With this research the use of the proposed method to meassure the RI under dynamic conditions of a liquid substance system.En este manuscrito de tesis, se presenta el trabajo de investigación desarrollado en la implementación de una nueva propuesta aplicada en líquidos de un sistema óptico basado en la Interferometría Holográfica Digital (IHD) para medir los valores del Índice de Refracción (IR) en una o más muestras. Se muestra el desarrollo matemático que sustenta la propuesta, así como el trabajo experimental y los resultados obtenidos en esta investigación. Además se presenta el trabajo que asocia los valores del IR con las propiedades físicas de concentración y temperatura en un líquido. En el sistema óptico implementado, se presenta una nueva propuesta, que consiste en el agregado de una apertura rectangular para el estudio de líquidos. La apertura agregada permite modular las altas frecuencias y mejora la separación para el filtrado de las bajas frecuencias que son asociadas al ruido existente en el frente de onda registrado. Con la obtención y procesamiento de las altas frecuencias se logra mejorar la sensibilidad y exactitud en los resultados de la diferencia de fase de los frentes de ondas dispersados por el objeto de fase. Otras de las ventajas de la nueva propuesta, es que no se requiere del conocimiento de las dimensiones del contenedor, y su robustez del sistema lo hace funcional con contenedores que tengan una morfología irregular. Las investigaciones que se desarrollaron fueron para el estudio de las propiedades físicas de un líquido en condiciones estáticas y dinámicas. Se presentan dos investigaciones del cálculo del IR de un líquido en condiciones estáticas. En la primera de ellas se determina una diferencia de fase que nos ayudará a eliminar la dependencia de las dimensiones del contenedor a utilizar. En la segunda investigación, se desarrolla una aproximación de la diferencia de fase para el cálculo del IR de la sustancia puesta bajo estudio. En ambas investigaciones se obtuvieron resultados más precisos que los obtenidos por sistemas ópticos similares al cálculo del IR que utilizan la IHD. Con la necesidad de demostrar la capacidad de la primera investigación, se procedió a desarrollar una tercera investigación que fuera capaz de medir diferencias de concentración asociadas al IR de muestras líquidas. Como última y cuarta investigación se desarrolla el estudio de la evolución de la temperatura en el proceso de enfriamiento de agua destilada. Con esta investigación se demuestra el óptimo funcionamiento del sistema propuesto para el estudio prácticamente en tiempo real del IR en condiciones dinámicas de una sustancia líquida

"Pedagogical strategies for strengthening the citizenship competencies of the ninth grade students of the Colegio Nuestro Señor de la Buena Esperanza, municipality of Piedecuesta with ""mainstreaming"" in the areas of Spanish language and social sciences"

Con el propósito de mejorar la calidad educativa y como parte de las políticas de gobierno para hacer de Colombia, la mejor educada de América Latina en el año 2025, el actual sistema educativo ha incorporado nuevas directrices y lineamientos que orientan los procesos de mejoramiento en términos de calidad en cada una de las instituciones educativas de Colombia; Los resultados de las pruebas SABER son el punto de referencia para determinar las falencias y fortalezas de las instituciones educativas y orientar el diseño de estrategias y acciones concretas para el fortalecimiento de sus procesos pedagógicos; en este sentido, la presente propuesta de investigación acción participativa se centra en el los resultados obtenidos por los estudiantes en la evaluación de las competencias ciudadanas. Como parte del trabajo de análisis del contexto institucional se realizó el estudio del Proyecto Educativo Institucional PEI; además de la revisión de los contenidos y las competencias propuestos en el plan de área como referente curricular; también, se indagó sobre la precepción de los docentes en torno a las competencias ciudadanas. La propuesta Pedagógica tuvo como se enfoca en los planes de área de lengua castellana y Ciencias Sociales para el noveno grado de la Institución Educativa Colegio Nuestro Señor de la Buena Esperanza del Municipio de Piedecuesta; con esta estrategia pedagógica se posibilitó la construcción de una cultura institucional incluyendo el respeto por sí mismo, por el otro, y por la diferencia en un mundo incluyente y diverso.Introducción 1 Capítulo 1. Planteamiento del problema 4 1.1. Descripción de la situación problémica 4 1.2. Pregunta de investigación 18 1.3. Objetivos 19 1.3.1. Objetivo general. 19 1.3.2. Objetivos específicos. 19 1.4. Supuestos 20 1.5. Justificación 20 1.6. Contexto Institucional 23 1.7. Definición de términos 26 Capítulo 2. Marco Referencial 29 2.1. Antecedentes de investigación 29 2.2. Evaluación de la educación en Colombia 32 2.3. Marco teórico 35 2.3.1. Concepto de ciudadanía. 35 2.3.2. Concepto de ciudadano. 40 2.3.3. Concepto de competencias. 43 2.3.4. Concepto de competencias ciudadanas. 46 2.3.5. Formación en ciudadanía. 48 2.3.6. Estándares básicos de competencias para noveno grado. 55 2.3.7. Concepto de “transversalidad”. 59 2.4. Marco legal 62 Capítulo 3. Método de investigación 65 3.1. Tipo de investigación 65 3.2. Proceso de investigación 66 3.2.1. Fase de diagnóstico. 67 3.2.2. Fase de Planificación. 69 3.2.3. Fase de actuación. 70 3.2.4. Fase de evaluación. 70 3.3. Población participante. 71 3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de información. 72 3.5. Validación de instrumentos 74 3.6. Categorización y triangulación 76 3.7. Resultados 76 Capítulo 4. Estrategia pedagógica 78 4.1. Descripción de la propuesta 78 4.2. Datos de identificación. 79 4.3. Presentación 80 4.4. Valores 82 4.5. Justificación 82 4.6. Objetivo 83 4.7. Metodología 83 4.7.1. Estructura de los talleres. 85 4.7.2. Instrumentos para el desarrollo de las actividades. 86 4.8. Competencias a desarrollar 86 4.9. Talleres propuestos para estudiantes 87 4.9.1. Taller de sensibilización para estudiantes. 87 4.9.2. Talleres de profundización para estudiantes. 91 4.9.3. Taller de reflexión pedagógica para docentes. 102 4.9.4. Talleres socialización para padres 105 Capítulo 5. Resultados y discusión 110 5.1. Resultados fase diagnóstica. 110 5.1.1. Resultados del análisis de las pruebas saber. 110 5.1.2. Resultados del análisis de los contenidos del PEI. 116 5.1.3. Resultados del análisis Diario Pedagógico. 118 5.1.4. Resultados del análisis de contenidos plan de área de lenguaje grado noveno. 120 5.1.5. Resultados del análisis de contenidos plan de área de Ciencias sociales grado noveno. 121 5.1.6. Resultados del análisis de la encuesta a docentes. 122 5.1.7. Resultados del proceso de categorización y triangulación. 132 5.2. Resultados fase de planificación. 137 5.3. Resultados fase de Actuación. 142 5.4. Resultados fase de evaluación o reflexión. 144 Capítulo 6. Conclusiones 148 Referencias 154 Apéndices 163 Curriculúm Vitae 199MaestríaWith the purpose of improving the quality of education and as part of government policies to make Colombia the best educated in Latin America in 2025, the current education system has incorporated new guidelines and guidelines that guide improvement processes in terms of quality in each of the educational institutions of Colombia; The results of the SABER tests are the point of reference to determine the shortcomings and strengths of educational institutions and guide the design of strategies and concrete actions to strengthen their pedagogical processes; In this sense, the present participatory action research proposal focuses on the results obtained by students in the evaluation of citizen competencies. As part of the analysis of the institutional context, the study of the PEI institutional educational project was carried out; besides the review of the contents and the competences proposed in the area plan as a curricular reference; also, we inquired about the teachers' perception of citizen competencies. The Pedagogical proposal had as its focus the plans for the area of Spanish language and Social Sciences for the ninth grade of the Educational Institution Our Lord of Good Hope College of the Municipality of Piedecuesta; with this pedagogical strategy the construction of an institutional culture was made possible, including respect for oneself, for the other, and for the difference in an inclusive and diverse world.Modalidad Presencia

Effects of Colored Light on Growth and Nutritional Composition of Tilapia, and Biofloc as a Food Source

Light stimulation and biofloc technology can be combined to improve the efficiency and sustainability of tilapia production. A 73-day pilot experiment was conducted to investigate the effect of colored light on growth rates and nutritional composition of the Nile tilapia fingerlings (Oreochromis niloticus) in biofloc systems. The effect of colored light on the nutritional composition of bioflocs as a food source for fish was measured. Three groups were illuminated in addition to natural sunlight with colored light using RGB light emitting diodes (LEDs) with peak wavelengths ( ) of 627.27 nm for red (R), 513.33 nm for green (G), and 451.67 nm for blue (B) light. LED light intensity was constant (0.832 mW/cm2), and had an 18-h photoperiod of light per day throughout the study. The control group was illuminated only with natural sunlight (natural). Tilapia had an average initial weight of 0.242 g. There was a significant effect of colored light on tilapia growth and composition. The R group showed the best growth rate, highest survival, and highest lipid content. The B group showed homogeneous growth with the lowest growth rate and lipid content, but the highest protein level. On the other hand, the biofloc composition was influenced by the green light in the highest content of lipids, protein, and nitrogen-free extract

Measurements of concentration differences between liquid mixtures using digital holographic interferometry

We present an alternative method to detect and measure the concentration changes in liquid solutions. The method uses Digital Holographic Interferometry (DHI) and is based on measuring refractive index variations. The first hologram is recorded when a wavefront from light comes across an ordinary cylindrical glass container filled with a liquid solution. The second hologram is recorded after slight changing the liquid’s concentration. Differences in phase obtained from the correlation of the first hologram with the second one provide information about the refractive index variation, which is directly related to the changes in physical properties related to the concentration. The method can be used − with high sensitivity, accuracy, and speed − either to detect adulterations or to measure a slight change of concentration in the order of 0.001 moles which is equivalent to a difference of 0.003 g of sodium chloride in solutions. The method also enables to measure and calculate the phase difference among each pixel of two samples. This makes it possible to generate a global measurement of the phase difference of the entire sensed region

Real-time measurement of the average temperature profiles in liquid cooling using digital holographic interferometry

We present an alternative optical method to estimate the temperature during the cooling process of a liquid using digital holographic interferometry (DHI). We make use of phase variations that are linked to variations in the refractive index and the temperature property of a liquid. In DHI, a hologram is first recorded using an object beam scattered from a rectangular container with a liquid at a certain reference temperature. A second hologram is then recorded when the temperature is decreased slightly. A phase difference between the two holograms indicates a temperature variation, and it is possible to obtain the temperature value at each small point of the sensed optical field. The relative phase map between the two object states is obtained simply and quickly through Fourier-transform method. Our experimental results reveal that the temperature values measured using this method and those obtained with a thermometer are consistent. We additionally show that it is possible to analyze the heat-loss process of a liquid sample in dynamic events using DHI. (C) 2016 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE

Tailoring physicochemical properties of collagen-based composites with ionic liquids and wool for advanced applications

Wool, choline dihydrogen phosphate ([Ch][DHP]) or choline serinate ([Ch][Seri) ionic liquids (ILs) were incorporated into native collagen formulations and films were prepared by compression molding. Scanning electron microscopy (SEM) images showed no agglomeration, indicating good dispersion of additives within films. The denaturation peak observed by differential scanning calorimetry (DSC), along with infrared spectroscopy (FTIR) results, showed that collagen fibrillary structure was preserved in all samples. These outcomes were correlated with X-ray diffraction (XRD) patterns. Wool or ILs addition increased tensile strength and improved electrical conductivity and all films showed antistatic behaviour. The samples showed a high dielectric constant, mainly determined by mobile charge contributions. This work shows the potential of native collagen films with tuneable physical-chemical characteristics for a new generation of sustainable materials for a wide variety of applications.This research was funded by MCI/AEI/FEDER, UE, grant number RTI2018-097100-B-C22. This work was also supported by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) under strategic funding UIDB/04650/2020, UID/FIS/04650/2021, project PTDC/FIS-MAC/28157/2017, grant SFRH/BPD/121526/2016 (D.M.C) and Investigator FCT Contract 2020.04028.CEECIND (C.M.C.) funded by national funds through FCT and by the ERDF through the COMPETE2020-Programa Operacional Competitividade e Internacionalizacao (POCI). The authors also acknowledge funding from the Basque Government (KK-2021/00131). Mireia Andonegi also thanks the Basque Government for her fellowship (PRE_2017_1_0025). Thanks are also due to the Advanced Research Facilities (SGIker) from the UPV/ EHU. Finally, the authors would like to thank Paula Menoyo for the wool provided

Sustainable lithium-ion battery separators based on cellulose and soy protein membranes

The food industry produces millions of tons of natural by-products. Through this study, we followed an environmentally friendly strategy using discards, such as soy protein isolate (SPI) from soya oil production and marine cellulose (Cell) from the agar industry, in order to achieve added-value applications. In particular, this work focuses on the development of membranes based on soy protein and cellulose, and their validation as battery separator membranes toward sustainable energy storage systems. SPI membranes with Cell show excellent compatibility with the electrolyte based on physical interactions. These physical interactions favor the swelling of the membranes, reaching swelling values of 1000% after three days in the liquid electrolyte. The membranes are thermally stable up to 180 °C. After being subjected to the liquid electrolyte, it is observed that the microstructure of the membranes change, but the porous structure is maintained, while the materials remain easy to handle. The ionic conductivity value, lithium transference number and battery performance in cathodic half-cells are ∼ 5.8 mS.cm−1, 0.77, and 112 mAh.g−1 at 1C-rate, respectively. Overall, considering environmental issues and circular economy, it is proven that it is possible to obtain more sustainable high-performance lithium-ion batteries based on waste materials.The authors thank the Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) for financial support under the framework of Strategic Funding UIDB/04650/2020, UID/FIS/04650/2020, UID/EEA/04436/2020, and UID/QUI/00686/2020 and under projects MIT-EXPL/TDI/0033/2021, POCI-01-0247-FEDER-046985 and 2022.03931.PTDC funded by national funds through FCT and by the ERDF through the COMPETE2020—Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI). The authors also thank the FCT for financial support under Grant 2021.08158.BD (J.P.S.) and FCT investigator contracts CEECIND/00833/2017 (RG) and 2020.04028.CEECIND (C.M.C.). This study forms part of the Advanced Materials program and was supported by MCIN with funding from European Union NextGenerationEU (PRTR-C17.I1) and by The Basque Government under the IKUR program. The authors also thank the project BIDEKO, funded by MCIN/AEI, NextGenerationEU, PRTR. This work was also supported by the (IT1658-22) and Grant PID2021-124294OB-C22 funded by MCI/AEI10.13039/501100011033 and by “ERDF A way of making Europe”. J.U. thanks the University of the Basque Country for her fellowship (ESPDOC21/74)

Comparison of Convolutional Neural Network Architectures for Classification of Tomato Plant Diseases

Tomato plants are highly affected by diverse diseases. A timely and accurate diagnosis plays an important role to prevent the quality of crops. Recently, deep learning (DL), specifically convolutional neural networks (CNNs), have achieved extraordinary results in many applications, including the classification of plant diseases. This work focused on fine-tuning based on the comparison of the state-of-the-art architectures: AlexNet, GoogleNet, Inception V3, Residual Network (ResNet) 18, and ResNet 50. An evaluation of the comparison was finally performed. The dataset used for the experiments is contained by nine different classes of tomato diseases and a healthy class from PlantVillage. The models were evaluated through a multiclass statistical analysis based on accuracy, precision, sensitivity, specificity, F-Score, area under the curve (AUC), and receiving operating characteristic (ROC) curve. The results present significant values obtained by the GoogleNet technique, with 99.72% of AUC and 99.12% of sensitivity. It is possible to conclude that this significantly success rate makes the GoogleNet model a useful tool for farmers in helping to identify and protect tomatoes from the diseases mentioned

Magnetically responsive chitosan-pectin films incorporating Fe3O4 nanoparticles with enhanced antimicrobial activity.

Chitosan-pectin films with iron oxide (Fe3O4) magnetic nanoparticles were prepared by solution casting in order to produce biopolymer based magnetically active materials. Infrared (FTIR) spectra indicated physical interactions between the matrix and nanoparticles, corroborated by differential scanning calorimetry (DSC) results. In addition, thermal characterization suggested that the interactions between chitosan, pectin and the nanoparticles resulted in a less compact structure, influencing the film mechanical properties. Regarding vibrating-sample magnetometry (VSM) and electrical analysis, chitosan-pectin films with Fe3O4 nanoparticles showed ferrimagnetic behavior, with an increase of the dielectric constant as the nanoparticle concentration increased. Furthermore, films displayed enhanced antimicrobial activity against Escherichia coli (Gram-negative) and Staphylococcus epidermidis (Gram-positive) bacteria. Therefore, chitosan-pectin films with Fe3O4 magnetic nanoparticles provide promising results for active and intelligent food packaging applications.Grant PID2021-124294OB-C22 funded by MCI/AEI10.13039/501100011033 and by “ERDF A way of making Europe”. Biomat group thanks the Basque Government for funding (IT1658-22) and I.Z. thanks the Basque Government for her fellowship (22-2018-00078). This work was also supported by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) under strategic funding UIDB/04650/2020, UID/FIS/04650/2021, project PTDC/FIS-MAC/28157/2017, and Investigator FCT Contracts 2020.02915.CEECIND (D.M.C) and 2020.04028.CEECIND (C.M.C.) funded by national funds through FCT and by the ERDF through the COMPETE2020-Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI). Thanks are also due to the Advanced Research Facilities (SGIker) from the UPV/EHU