Evaluación de modelos de programación lineal y no lineal para la planeación de sistemas de transmisión en el software GAMS

Objetivo: Este trabajo analiza el costo óptimo de expansión, el número de líneas a incluir y el tiempo de simulación computacional para dos sistemas transmisión, empleando programación no lineal entera mixta a través de los solver del software GAMS (General Algebraic Modeling System). El objetivo es determinar las diferencias en los costos de expansión cuando se emplea el modelo de transporte, DC, híbrido lineal y lineal disyuntivo. Metodología: Está dividida en cinco etapas: la primera identifica el sistema de transmisión, la segunda establece el problema de planeamiento del sistema de transmisión, la tercera realiza la formulación del sistema de potencia de acuerdo con cada uno de los modelos de optimización, la cuarta aplica la formulación del sistema de potencia en el software GAMS y la última selecciona el costo óptimo. Resultados: Desde el análisis de costo óptimo, el modelo DC y el modelo lineal disyuntivo presentaron el mayor costo óptimo respecto al modelo de transporte y al modelo hibrido lineal. Conclusiones: Los modelos implementados presentaron desempeños equivalentes en el sistema de prueba con el menor número de nodos; al aumentar el número de nodos, el desempeño de los modelos no presenta similitud. Por el contrario, se identifican diferencias importantes en los resultados obtenidos, lo que permite caracterizar solver específicos de acuerdo con el número de nodos. Metodología: Está dividida en 5 etapas, la primera identifica el sistema de transmisión, la segunda establece el problema de planeamiento del sistema de transmisión, la tercera realiza la formulación del sistema de potencia de acuerdo a cada uno de los modelos de optimización, la cuarta aplica la formulación del sistema de potencia en el software GAMS y la última seleccionar el costo óptimo. Resultados: Desde el análisis de costo optimo, el modelo DC y el modelo lineal disyuntivo presento el mayor costo optimo respecto al modelo de transporte y al modelo hibrido lineal. Conclusiones: Los modelos implementados presentaron desempeños equivalente en el sistema de prueba con el menor número de nodos, al aumentar el número de nodos el desempeño de los modelos no presenta similitud, por el contrario se identifican diferencias importantes en los resultados obtenidos, lo que permite caracterizar solver específicos de acuerdo al número de nodos.

Polielectrolito catiónico como coagulante empleado para remover aceites y grasas de aguas residuales de una industria láctea

Resumen Contexto: Evaluar la eficiencia de un polielectrolito catiónico comercial como coagulante en el tratamiento de las aguas residuales de una industria láctea. Metodología: Para realizar el montaje de las pruebas de jarras con 1 l de muestra de aguas residuales de una industria láctea, se utilizó un polielectrolito catiónico como coagulante. Cada una de las pruebas se realizó bajo condiciones de mezclado rápido a 150 r. p. m. (duración 1 min), mezclado lento a 30 r. p. m. (25 min) y reposo (30 min). Resultados: Se realizaron pruebas de jarras, empleando dosis de coagulante de 100, 140, 180, 220 y 260 mg/l, obteniendo eficiencias de remoción para aceites y grasas, solidos suspendidos totales, demanda química de oxígeno (DQO), y turbidez con el uso del coagulante, entre el 27 %-62 %, 57 %-89 %, 8 %-58 % y 26 %-88 %, respectivamente. La mejor concentración resulto ser la de 140 mg/l. Conclusiones: Se concluyó que el polielectrolito catiónico comercial empleado como pretratamiento de coagulación constituye una opción para facilitar la remoción de aceites y grasas en la unidad de flotación por aire disuelto, del sistema de tratamiento de aguas residuales de la industria láctea. Financiamiento: Se desarrolló en el marco del convenio institucional entre la Universidad Popular del Cesar, sede Valledupar, y la industria láctea Dairy Partners Americas (DPA) Colombia Ltda.

Reciclaje de EAFD a través de la lixiviación selectiva de zinc con soluciones de citrato: comparación con un ácido inorgánico

Contexto: Los EAFD (Electric Arc Furnace Dust) son materiales con un elevado contenido metálico que no es aprovechado al desconocerse su composición y el enfoque técnico para tratarlos o reciclarlos de manera segura. Aunque es un coproducto rico en zinc, a menudo la recuperación de este metal es una tarea desafiante. Objetivo: Proponer un método para tratar los EAFD mediante la extracción selectiva de zinc por vía hidrometalúrgica, obteniendo un licor rico en zinc para su posterior recuperación y futura aplicación y un sólido rico en hierro para su recirculación en procesos siderúrgicos. Metodología: Los experimentos se realizaron a través de lixiviaciones por agitación empleando soluciones de citrato de sodio a concentración y agitación moderadas, temperatura y presión ambiente. Algunas de las variables de estudio fueron modificadas a fin de establecer las mejores condiciones para el proceso. Resultados: Luego de realizar una correlación de resultados y análisis de variables, se determinó que es posible alcanzar extracciones por encima del 50% de Zn y por debajo del 3% de Fe con el citrato. Además, que una concentración de 0.5 M y proporción S/L de 25g / 1 L son algunas de las condiciones más favorables para el proceso de extracción. Conclusiones: Es posible un aprovechamiento del residuo EAFD mediante ruta hidrometalúrgica empleando un agente orgánico como solución lixiviante. El método permite extraer selectivamente el metal de interés a condiciones de trabajo moderadas.

Prototipo de cosecha inteligente de agua lluvia para mejorar la eficiencia energética residencial en Bogotá

Objetivo: Presentar los resultados e impactos de un prototipo de cosecha inteligente de agua lluvia diseñado para la sustitución parcial de agua potable, incluyendo la energía embebida requerida para su producción y distribución, en una vivienda unifamiliar en Bogotá (Colombia). Contexto: La ciudad de Bogotá, posee un régimen bimodal de precipitaciones frecuentes con mínimos mensuales multianuales que superan los 30 mm y como promedio superan los 60 mm. Esta frecuencia de lluvias representa un potencial hídrico y energético, almacenado en la atmósfera, disponible localmente durante la mayor parte del año, de manera que posibilita su realización bajo esquemas novedosos de diseño tecnológico y económico de los SCALL – Sistemas de Cosecha de Aguas Lluvias. En este artículo nos centraremos en el establecimiento de las bases de diseño de un prototipo de cosecha de agua lluvia unifamiliar que logre capturar las potencialidades pluviales y energéticas de su entorno y pueda competir eficientemente frente al suministro de agua de la Empresa de Acueducto de Bogotá EAB; sustituyendo los usos de agua potable en inodoros, lavado de ropa, riego de jardines y limpieza de espacios y tanques; que además, lo logre consumiendo menor energía que el proveedor centralizado de agua potable. Método: Se parte de considerar al agua lluvia como un recurso distribuido, tanto de agua como de energía. Este recurso tiene la capacidad de sustituir al agua potable provista como servicio energético de abastecimiento centralizado de agua de la EAB. Para evaluar la eficiencia de la sustitución de agua potable por agua lluvia cosechada, se genera un nuevo método que en solo 5 pasos permite evaluar la eficiencia comparativa, tomando como línea de base la proyección del desempeño del servicio centralizado de agua potable, respecto a la medida de mejoramiento del desempeño del prototipo SCALL. Para ello, se toma como principal indicador de desempeño a la intensidad energética comparada; la cual, a su vez posibilita el cálculo de beneficios múltiples de la eficiencia energética. Resultados: El prototipo SCALL, en las etapas iniciales de su implementación, logró ahorros del agua potable utilizada en la vivienda del 25%, de la energía embebida del 26% y el abatimiento de los gases de efecto invernadero en un 27%. Esto fue obtenido con apenas un 22,4% de la capacidad nominal de diseño del prototipo, en un periodo de estudio de 56 meses. En este periodo se logró recuperar la inversión a partir de los ahorros económicos producto de la sustitución del agua potable por agua lluvia. Los resultados sugieren que la EAB podría desarrollar un programa de implementación de SCALL eficientes por parte de sus usuarios, lo que le permitiría obtener cerca de un ingresos y ahorros dinerarios que representarían cerca del 2% del total de ingresos que produciría cada SCALL residencial. El grado de éxito dependería de la masificación del programa. Esto sin contabilizar los beneficios que obtendría al aplazar las inversiones por ampliación de infraestructura, seguridad de abastecimiento y confiabilidad que proporciona la implementación de los SCALL eficientes. Conclusiones: Los resultados de la evaluación de la eficiencia energética arrojan la completa viabilidad tecnológica, económica, ambiental y social del prototipo SCALL de un usuario residencial en Bogotá. A la vez se dispone de una nueva metodología para la evaluación del potencial de eficiencia energética y sus beneficios múltiples cuando es escrutado un servicio energético provisto por un recurso distribuido como es el agua lluvia. Para el Distrito Capital de Bogotá resulta conveniente tanto social y ambientalmente desarrollar una política de promoción del SICCALL como medida de gestión eficiente de la demanda de agua y energía. Esta medida puede ser posibilitada por el desarrollo de economías de red y colaborativas, alrededor de recursos distribuidos de agua y energía, en la vía del cumplimiento de los objetivos de desarrollo sostenible y participación ciudadana, de las llamadas ciudades inteligentes.

Una revisión sistemática sobre aula invertida y aprendizaje colaborativo apoyados en inteligencia artificial para el aprendizaje de programación

Contexto: En el aprendizaje de la programación de computadores, la implementación de estrategias pedagógicas como el Aula Invertida (AI) y el Aprendizaje Colaborativo (AC) apoyan al estudiante a mejorar relaciones personales, habilidades en programación y fortalece el desarrollo del autoaprendizaje fuera del aula de clases. En este sentido, se hace relevante conocer las diferentes herramientas e implementaciones disponibles para apoyar el proceso formativo del estudiante. Metodología: Este artículo presenta una revisión sistemática de un corpus que contiene información de diferentes fuentes de datos desde el año 2013 hasta el 2020. Incluye las preguntas de investigación, selección de fuentes y el método para analizar la información. Resultados: Por un lado, se identificó la línea del tiempo y el estado actual del AI y el AC, enfatizando en cómo estas estrategias apoyan el aprendizaje de la programación a través de tecnologías, métodos educativos y herramientas de software. Por otro lado, se identificó cuál es el apoyo de la Inteligencia Artificial en el aprendizaje de la programación a través de diferentes aplicaciones y técnicas computacionales que integran el AI y el AC. Conclusiones: Desde la aparición de las herramientas virtuales, la implementación de Inteligencia Artificial se ha convertido en una necesidad básica para la educación virtual, potenciando la forma de entender y aprender, adaptándose a las necesidades específicas del estudiante. Así, conocer e identificar las nuevas herramientas y estrategias basadas en inteligencia artificial permitirán a los docentes hacer una completa gestión y tomar decisiones oportunas que beneficien el proceso formativo del estudiante.

Geomicrobiología para prospección de uranio en profundidad en la cuenca Neuquina, Argentina

Contexto: La prospección microbiológica de petróleo es una metodología ampliamente utilizada y se describe en muchos trabajos publicados, sin embargo en la minería de uranio (U) no es frecuente, si bien hay investigadores que se refierena algunos microorganismos como Bacillus sp, los cuales se utilizan en biorremediación y podrían ser capaces de hacerlo en prospección. En este trabajo se propone una relación microbiológica para la prospección por U, hipotetizando que se verá afectada por la presencia de U profundo Nuestro objetivo principal es mostrar que la relación microbiológica formadapor Bacillus sp /Mesófilos Aerobios Totales (B/TAM) se relaciona con la presencia de U y se puede utilizar como técnica complementaria para su prospección. Método: El muestreo de suelo fue realizado en un área de 600 Km2 en la cuenca Neuquina; Colonia Catriel, Provincia deRío Negro, Argentina. Para las determinaciónes de U espectrométrico, U total, U lábil y la microbiología, se muestrearon 62 sitios por duplicado y se estudiaron 8 pozos con diferente concentración de U en profundidad. Además, se analizaron la emanometría de Radón y las zoneografías de las concentraciones de U total, lábil y espectrométrico y de la relación micro-biológica. Los resultados se sometieron a un análisis estadístico mediante análisis de componentes principales y regresión lineal. Resultados: Este trabajo muestra una lineal correlación estadística altamente significativa (R= 0,59 p<0,002) entre la geomicrobiología en superficie y la concentración de U en profundidad. Conclusiones: Las investigaciones deben continuar vinculando otros elementos de la geoquímica y de la geofísica que podrían complementarse con esta técnica geomicrobiológica

Modelo de programación entera mixta en la planeación de actividades y personal en un capítulo académico estudiantil

Resumen Contexto: En la actualidad es posible encontrar en diversos programas académicos en ingeniería alrededor del mundo múltiples grupos estudiantiles, como es el caso del Institute of Industrial & System Engineers (IISE), cuyo propósito es promover la formación e integración de sus miembros con la industria y el ambiente laboral, mediante la ejecución de actividades de diferente tipo y naturaleza de forma autogestionada pero empírica y con poca utilización de las escasas referencias en la literatura acerca del tema. Método: Este articulo presenta un modelo de programación entera mixta que identificó los parámetros de capacidad, repetitividad, retribución y temporalidad recopilados de las normas de evaluación de los capítulos estudiantiles del IISE, con los cuales fue posible formular un modelo matemático con el objetivo de maximizar el puntaje optimizando el uso del talento humano del grupo estudiantil, teniendo en cuenta las restricciones en cuanto a cantidad y repetición de cada tipo de actividad a realizar. Resultados: Se obtuvo un modelo de planeación y programación de personal para un horizonte anual de desempeño de un grupo estudiantil, con el cual es posible establecer una estrategia de trabajo en equipos flexibles en número y propósito para realizar las actividades con mayor puntuación ante el organismo IISE evaluador de resultados. Conclusiones: El modelo propuesto logra establecer un método de optimización para la selección de las actividades críticas a realizar durante un año por un capítulo estudiantil, con un uso racional del talento humano con diferenciación de comités de trabajo, tipos de dedicación y de tareas, para garantizar la flexibilidad en la asignación de miembros y el tamaño en el número de sus asociados al capítulo estudiantil.

Producción de biodiesel a partir del aceite extraído de almendra del corozo Bactris guineensis asistida mediante ultrasonido de sonda directa

Contexto: Teniendo en cuenta que el corozo (Bactris guineensis) es una fruta exótica del Caribe colombiano utilizada localmente en la industria de los alimentos y que su almendra posee alto contenido oleaginoso (39,43 % ± 0,49), el presente trabajo busca abordar el aprovechamiento del aceite de la almendra del corozo como alternativa en la obtención de biodiesel haciendo uso de ultrasonido de sonda directa como medio de agitación. Método: Los ensayos se llevaron a cabo bajo diferentes valores de relación molar alcohol: aceite, concentración de catalizador, amplitud de ultrasonido y tiempo. Para ello se utilizó un diseño central compuesto y se usó la variable de respuesta ‘rendimiento de reacción’ para determinar las condiciones óptimas para la obtención de biodiesel. Resultados: Se obtuvo un rendimiento máximo de reacción del 81,05 % empleando una relación molar alcohol: aceite de 6:1; concentración de catalizador de 0,70 %; amplitud de la sonda de ultrasonido del 20 % y tiempo de reacción de 15 minutos Conclusiones: Se demostró que el producto final cumple con la mayoría de las propiedades señaladas por la norma técnica colombiana (NTC 5444). La implementación del ultrasonido de sonda directa permitió obtener altos rendimientos con tiempos de reacción inferiores a los reportados con los métodos convencionales de agitación, lo cual representa una oportunidad de reducir los gastos energéticos asociados con la producción del biocombustible. Adicionalmente, la diversificación de las materias primas para la fabricación de biodiesel aprovechando los ácidos grasos extraídos de la biomasa residual de B. guineensis, representa una oportunidad para el impulso de la economía regional. Metodología: Se utilizó un diseño central compuesto para establecer las mejores condiciones de reacción en la obtención de biodiesel. Resultados: Se obtuvo un rendimiento máximo de reacción del 81,05 % usando una relación molar alcohol: aceite de 6:1; concentración de catalizador de 0,70 %; amplitud de la sonda de ultrasonido del 20 % y tiempo de reacción de 15 minutos Conclusiones: Se demostró que el biodiesel obtenido cumple con la mayoría de las propiedades establecidas por la norma técnica colombiana (NTC 5444) para el uso en motores diésel. La implementación del ultrasonido de sonda directa permitió obtener altos rendimientos con tiempos de reacción inferiores a los reportados con los métodos convencionales de agitación, lo cual representa una oportunidad de reducir los gastos energéticos asociados con la producción del biocombustible. Adicionalmente, la diversificación de las materias primas para la producción de biodiesel mediante el uso de aceites extraídos de la biomasa residual de B. guineensis, se constituye en una oportunidad para el desarrollo de la economía regional. Financiamiento: Este proyecto se llevó a cabo con el apoyo del programa Jóvenes Investigadores de Colciencias, Convocatoria “N° 775 de 2017”.

Optimal Power Flow through Artificial Intelligence Techniques

Context: The integration of optimization methods into the various processes carried out by an electric power system seeking energy efficiency have led to satisfying results in the reduction of consumption as well as in terms of technical losses, security increase and system reliability. Objective: The purpose of this article is to identify a method offering the best optimization outcome for the power flow of an energy distribution system with 10 nodes at 13.2 kV. Methodology: The results of voltage profiles are presented for a 10-node energy distribution system using the Newton Raphson method. Afterward, the system is optimized using genetic and ant colony algorithms. Results: Their implementation determined that the sum of the potential differences of distribution lines is notably reduced with the genetic algorithm. However, the ant colony optimization code takes less time to run and has a lower number of iterations. Conclusions: The most efficient optimization is achieved with the genetic algorithm since the evolution of the population shows better optimization levels in comparison to the ant colony algorithm. Financing: Universidad Francisco José de Caldas and Colciencias

Impacto ambiental del vertimiento de aguas servidas en aglomerados urbanos ilegales del municipio de Villavicencio, Colombia

Contexto: La conformación de conglomerados habitacionales ilegales, en la mayoría de los casos, sin saneamiento básico adecuado, puede generar deterioro de los recursos naturales. El presente estudio evaluó el impacto ambiental asociado al vertimiento de aguas servidas urbanas (ASU) sobre suelos y cuerpos de agua, en un aglomerado urbano ilegal del municipio de Villavicencio. Metodología: A partir de 15 puntos de muestreo se determinaron parámetros fisicoquímicos de agua: serie de sólidos, turbiedad, color, demanda química de oxígeno (DQO), pH, conductividad eléctrica (CE), oxígeno disuelto (OD); y de suelo: pH, CE, capacidad de intercambio catiónico (CIC) y concentración de C, N y elementos traza, para identificar impactos sobre los recursos en el área de estudio. Resultados: Las muestras de ASU presentaron valores elevados en parámetros como turbiedad (326 NTU), color (744 UPC) y DQO bruta (600 a 1500 mg l-1). En los análisis de cuerpos de agua aledaños al sector, la DQO varió entre 368 y 429 mg l-1. Asimismo, el OD osciló entre 5,7 y 7,1 mg l-1, valores que resultaron favorables para los cauces; sin embargo, fueron bajos para el ASU (0,9 mg l-1). Por su parte, se determinó una alteración significativa en propiedades fisicoquímicas del suelo como pH (5,8-8,2), CIC (8,2-16,78 mEq-g 100 g-1), CE (57,6-517,3 µS cm-1) y N (0,03-0,84 mg kg-1) asociadas principalmente a los vertimientos. Conclusiones: Fue posible identificar un efecto negativo en los recursos agua y suelo, generado por descargas descontroladas de ASU en el lugar, lo cual se encuentra relacionado una pérdida de servicios ambientales y baja calidad de vida.