Tecnura

Evaluation of Linear and Nonlinear Models for Transmission System Planning Using the GAMS Software

Resumen 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.

Abstract Objective: This work analyzes the optimal expansion cost, the number of lines to include, and the computational simulation time for two transmission systems, using mixed-integer nonlinear programming through the solvers of the GAMS (General Algebraic Modeling System) software. The objective is to determine the differences in expansion costs using the transport model, DC model, linear hybrid, and disjunctive linear. Methodology: The methodology of this study is divided into five stages. The first identifies the transmission system; the second establishes the transmission system planning problem; the third performs the formulation of the power system according to each of the optimization models; the fourth applies the formulation of the power system in the GAMS software; the last selects the optimal cost. Results: Considering the optimal cost analysis, the DC model and the disjunctive linear model present the highest optimal cost concerning the transport model and the linear hybrid model. Conclusions: The implemented models presented equivalent performances in the test system with the smallest number of nodes; by increasing the number of nodes, the performance of the models does not present similarity. On the contrary, the results present significant differences that allow characterizing specific solvers according to the number of nodes.

Biodiesel production from almond oil extracted from the corozo Bactris guineensis assisted by direct probe ultrasound

Resumen 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 biodiésel a través 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 biodiésel. Resultados: Se obtuvo un rendimiento máximo de reacción del 81,05 %, al emplear 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 biodiésel, con el aprovechamiento de los ácidos grasos extraídos de la biomasa residual de B. guineensis, representa una oportunidad para el impulso de la economía regional.

Abstract Context: Corozo (Bactris guineensis) is an exotic fruit from the Colombian Caribbean. It is used locally in the food industry. Corozo has high oleaginous content (39, 43 % ± 0, 49) and it could be an option for the oil industry in Colombia. This study shows the use of Corozo oil as an alternative for biodiesel production using ultrasound with a direct probe as the agitation mechanism. Method: The experiments were carried out under different values to alcohol: oil molar ratio, catalyst concentration, ultrasound intensity, and reaction time. For this purpose, a central compound design was used as the response variable "reaction yield" was used to set the best conditions in biodiesel production. Results: A maximum reaction yield (81, 05 %) was obtained using alcohol: oil molar ratio of 6:1; catalyst concentration of 0,70%; the amplitude of the ultrasound probe of 20% and the reaction time of 15 minutes. Conclusions: It was found biodiesel fulfills most of the properties set by the Colombian technical standard (NTC 5444). Direct probe ultrasound shows high yields with times lower than those reported with conventional methods which represent an opportunity to reduce the energy cost associated with biofuel production. Additionally, the variation of raw materials for the manufacturing of biodiesel through the use of oils from the residual biomass of B. guineensis represents an opportunity to boost the regional economy.

Mixed integer programming model for activities and personal planning on student academic chapter

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.

ABSTRACT Context: Currently it is possible to find in various academic programs in engineering around the world multiple student groups as is the case of the Institute of Industrial & System Engineers (IISE), whose purpose is to promote the training and integration of its members with the industry and the work environment through the implementation of activities of different type and nature in a self-managed way but empirically and with little use of the few references in the literature on the subject. Method: Therefore, this article presents a mixed integer programming model that identifies the parameters of capacity, repetitiveness, retribution and temporality compiled from the evaluation norms of the student chapters of the IISE, with which it was possible to formulate a mathematical model with the objective of maximizing the score by optimizing the use of the human talent of the student group, taking into account the restrictions in terms of quantity and repetition of each type of activity to be performed. Results: It was possible to obtain a staff planning and scheduling model for an annual performance horizon of a student group, with which it is possible to establish a work strategy in flexible teams in number and purpose to perform the activities with the highest score before the IISE organization that evaluates results. Conclusions: The proposed model manages to establish an optimization method for the selection of critical activities to be performed during a year by a student chapter with a rational use of human talent with differentiation of work committees, types of dedication and differentiation of tasks to ensure flexibility in the allocation of members and the size in the number of members associated with the student chapter.

Geomicrobiology for Deep Uranium Prospection in the Neuquina Basin, Argentina

RESUMEN 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 refieren a 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 formada por 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 de Río 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 microbiológica. 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.

ABSTRACT Context: Microbiological prospecting for oil is a widely used methodology and is described in many published works. In uranium (U) mining it is not frequent, although there are some researchers who refer to some microorganisms as Bacillus sp, which are used in bioremediation and they could be able to do it in prospection. In this work we propose a microbiological relationship for prospection by U, hypothesizing that it will be affected by the presence of deep U. The main objective of this work is to show that the microbiological relationship formed by Bacillus sp /Total Aerobic Mesophiles (B/TAM) is related to the presence of U and it be able to use as complementary technique for prospection by U. Methodology: The soil sampling carried covers an area of 600 Km2 into oil-uraniferous Neuquina basin; it is near to the town of Colonia Catriel, Province of Río Negro, Argentina. Spectrometric U, total chemical U, labile U and microbiological determinations from 62 sites with sampling by duplicated and 8 wells with different U concentration in depth were studied. Furthermore, Radon Emanometry and Zoneograms of total, labile and spectrometric U concentrations and of the microbiological relationship were analyzed. Results were subjected to a statistical analysis using principal components and linear regression. Results: This work shows a highly significant statistical linear correlation between geomicrobiology on surface and U concentration in depth (R= 0,59 p<0,002). Conclusion: Research should continue to link other elements from geochemistry as well as geophysical characteristics that could be complemented with this geomicrobiological technique.

Cationic polyelectrolyte as a coagulant used to remove oils and fats from wastewater of a dairy industry

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.

Abstract Context: To evaluate the efficiency of a commercial cationic polyelectrolyte as a coagulant in the treatment of ARILs. Methodology: To make the assembly of the jar tests of 1L of sample of ARI, it was used a cationic polyelectrolyte as coagulant. Each of the test was made under conditions of fast mixture at 150 rpm (during 1 minute), slow mixture of 30 rpm (25 minutes) and resting time (30 minutes). Results: there were made jar tests, using dose of coagulant of 100, 140, 180, and 260 mg/L, getting removal efficiency of Oils and Fats (O and F), OSH, COD and Turbidity with the use of the coagulant, between 27% - 62%, 57%-89%, 8%-58%,and 26%-88% respectively. The Best concentration was the one of 140mg/L. Conclusions: It was conclude that the commercial cationic polyelectrolyte used as a pretreatment of coagulation constitute an alternative to improve the removal of O and F in the dissolved air flotation unit (DAF) from the wastewater treatment system of the dairy industry.

EAFD Recycling Through Selective Zinc Leaching with Citrate Solutions: Comparison with an Inorganic Acid

Resumen Contexto: Los polvos de acería (EAFD, por su sigla en inglés: electric arc furnace dust), son una fuente potencial de contaminación, principalmente por los metales pesados y fácilmente lixiviables que pueden contener (Pb, Zn y Cd). Sin embargo, también despiertan un gran interés en el desarrollo de técnicas para su tratamiento, debido al valor agregado que les da su alto contenido de zinc. A pesar de que se han implementado algunos métodos para su reciclaje, estos se caracterizan por demandar gran consumo de energía y operar a condiciones extremas. Por tanto, en este trabajo se presenta una alternativa con enfoque técnico para reciclar los EAFD de manera segura, mediante la extracción selectiva de zinc por vía hidrometalúrgica, permitiendo la obtención de un licor rico en zinc para su posterior recuperación y futura aplicación y un sólido detoxificado 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 y ácido nítrico 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 25 g / 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. A diferencia del tratamiento con ácido nítrico, la lixiviación con citrato permite extraer selectivamente el metal de interés a condiciones de trabajo moderadas. Financiamiento: Vicerrectoría de Investigación y Extensión - Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (VIE-UPTC)

ABSTRACT Context: Electric arc furnace dust (EAFD) is a potential source of contamination, mainly due to heavy and easily leachable metals that it can contain (Pb, Zn, and Cd). However, EAFD also arouses great interest in the development of techniques for its treatment due to the added value that its high zinc content gives it. Although some recycling methods have been implemented, they are characterized by demanding high energy consumption and operating in extreme conditions. Therefore in this work, an alternative with a technical approach is presented to safely recycle EAFD through the selective extraction of zinc by hydrometallurgy obtaining, a liquor rich in zinc for its subsequent recovery and future application and a detoxified solid rich in iron for its recirculation in steel processes Methodology: The experiments were carried out through agitation leaching using sodium citrate and nitric acid solutions. They were worked at moderate concentrations and stirring speeds and ambient pressure and temperature. Some of the study variables were modified to establish the best conditions for the process. Results: After making a correlation about the obtained results and the analysis of the variables, it was determined that it is possible to achieve extractions above 50% of Zn and below 3% of Fe with citrate solutions. Furthermore, a concentration of 0.5 M and an S: L ratio of 25g / 1 L are some of the most favorable conditions for the extraction process. Conclusions: It is possible to properly treat the EAFD residue by a hydrometallurgical route using an organic agent as a leaching solution. Unlike nitric acid treatment, citrate leaching allows the metal of interest to be selectively extracted under moderate working conditions Financing: Vicerrectoría de Investigación y Extensión - Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (VIE-UPTC)

Optimal Power Flow through Artificial Intelligence Techniques

ABSTRACT 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 that provides the best optimization outcome for the power flow of an energy distribution system with 10 nodes at 13,2 kV. Methodology: The results obtained from the voltage profiles are presented for a 10-node energy distribution system using the Newton-Raphson method. Afterwards, the system was optimized using genetic and ant colony algorithms. Results: The implementation of these techniques 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, given that the evolution of the population shows better optimization levels in comparison with the ant colony algorithm. Financing: Universidad Francisco José de Caldas and Colciencias

RESUMEN Contexto: La integración de métodos de optimización en los diversos procesos llevados a cabo por un sistema de energía eléctrica que busca la eficiencia energética ha llevado a resultados satisfactorios en la reducción del consumo, así como en términos de pérdidas técnicas, aumento de seguridad y confiabilidad del sistema. Objetivo: El propósito de este artículo es identificar un método que ofrezca el mejor resultado de optimización para el flujo de energía de un sistema de distribución de energía con 10 nodos a 13,2 kV. Metodología: Los resultados obtenidos de los perfiles de voltaje se presentan para un sistema de distribución de energía de 10 nodos utilizando el método de Newton-Raphson. Posteriormente, el sistema se optimizó utilizando algoritmos genéticos y de colonias de hormigas. Resultados: La implementación de estas técnicas determinó que la suma de las posibles diferencias de las líneas de distribución se reduce notablemente con el algoritmo genético. Sin embargo, el código de optimización de la colonia de hormigas tarda menos tiempo en ejecutarse y tiene un número menor de iteraciones. Conclusiones: La optimización más eficiente se logra con el algoritmo genético, dado que la evolución de la población muestra mejores niveles de optimización en comparación con el algoritmo de colonias de hormigas. Financiamiento: Universidad Francisco José de Caldas y Colciencias

Intelligent Rainwater Harvesting Prototype to Improve Residential Energy Efficiency in Bogota

Resumen 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 sistemas de cosecha de aguas lluvias (SCALL). 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). Este permitirá sustituir los usos de agua potable en inodoros, lavado de ropa, riego de jardines y limpieza de espacios y tanques, lo cual se logrará con menor consumo de 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, que 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 cinco 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.

ABSTRACT Objective: To present the results and impacts of a prototype for harvesting rainwater in a single-family house in Bogota (Colombia), designed to save both potable water consumption as well as the embodied energy required to produce and distribute it from the city water system. Context: The city of Bogota has a bimodal rainfall regime with multiannual monthly minima above 30 mm, and an average above 60 mm. This high rainfall intensity and frequency constitutes a potential hydric and energetic resource, which is available to the region during most of the year, and could be extracted through new systems for rainwater collection and use (referred to as SCALLs, for its acronym in Spanish). In this article, we will focus on the initial design of a rainwater harvester prototype with a capacity for one family. This prototype has been designed to operate under the high rainfall potential of the city, in order to store and deliver water efficiently to a household connected to the main local water provider (the Aqueduct Company of Bogota, EAB in Spanish). The water supplied by the prototype is enough to substitute the consumption of tap water for the usage of toilets, washing machine, watering of gardens, and cleaning of tanks and general surfaces. In comparison to the water provider, the rainwater harvester prototype is competitive with the quantity of water it delivers, and with the reduced consumption of energy required to supply it. Method: To start the analysis of potential energy efficiency, we considered rainwater as a composition of two distributed resources: the water itself, and its embedded energy. Thus, rainwater has the potential to both replace the tap water consumption and reduce the energy service provided by the centralized water supply of the EAB. To evaluate the efficiency of this substitution, we generated a new 5-step method that allowed us to define the baseline efficiency as a performance projection of the centralized tap water service, and then compare it to the performance improvement of the SCALL prototype. We found that the main performance indicator is the comparative energy intensity, which enables the calculation of multiple benefits of energy efficiency. Results: The SCALL prototype, in the initial stages of its implementation, achieved savings of 25% in drinking water used in the home, 26% of embedded energy and a reduction of greenhouse gases by 27%. This was obtained with only 22.4% of the nominal design capacity of the prototype, in a study period of 56 months. In this period, it was possible to recover the investment from the economic savings resulting from the substitution of drinking water for rainwater. The results suggest that the EAB could develop an efficient SCALL implementation program by its users, which would allow it to obtain close to an income and monetary savings that would represent close to 2% of the total income that each residential SCALL would produce. The degree of success of which would depend on the massification of the program. This without accounting for the benefits that would be obtained by deferring investments for infrastructure expansion, security of supply and reliability provided by the implementation of efficient SCALLs. Conclusions: The results of the energy efficiency evaluation show the technological, economic, environmental and social viability of the SCALL prototype of a residential user in Bogotá. At the same time, we propose a new methodology for evaluating the energy efficiency potential from a distributed resource such as rainwater, allowing scrutiny of its multiple benefits compared to a centralized service supplier. For the Capital District of Bogotá, it would be beneficial (socially and environmentally) to develop a policy to promote SICCALL to efficiently manage the demand for water and energy. This policy could be made possible by the development of collaborative network economies, around distributed water and energy resources, in order to meet the objectives of sustainable development and citizen participation, of the so-called smart cities.

A Systematic Review on Flipped Classroom and Collaborative Learning Supported in Artificial Inte lligence for Programming Learning

Resumen Objetivo: La implementación de estrategias pedagógicas como el aula invertida (AI) y el aprendizaje colaborativo (AC) han contribuido en la enseñanza de programación de computadores. En este sentido, este artículo permite identificar el estado actual de las tecnologías y herramientas basadas en aprendizaje activo y colaborativo, y cómo han apoyado el aprendizaje de la programación, y los aportes que ha generado la inteligencia artificial en este proceso. Metodología: Se realizó una revisión sistemática bajo la propuesta de Kitchenham para definir las preguntas de investigación, la selección de fuentes de información, el desarrollo de la revisión y el análisis de la información. En el proceso se utilizaron diferentes fuentes de datos y criterios de selección para artículos investigativos y conferencias publicadas entre 2013 y 2020. Resultados: Se identificó el estado actual del AI y el AC, enfatizando en cómo estas estrategias apoyan el proceso de enseñanza de la programación con métodos educativos y herramientas de software. También se identificó el apoyo de la inteligencia artificial en el aprendizaje de la programación a través de diferentes aplicaciones y técnicas computacionales que integran AI y AC. Conclusiones: Desde la aparición de las herramientas virtuales, la implementación de la inteligencia artificial se ha convertido en una prioridad para la educación virtual, potenciando la forma de entender y comprender las necesidades específicas del estudiante. Las nuevas herramientas y estrategias basadas en inteligencia artificial han contribuido con la gestión y la visualización, donde el docente puede tomar decisiones oportunas del proceso formativo y retroalimentar las actividades desarrolladas en los ambientes de aprendizaje.

ABSTRACT Objective: Implementing pedagogical strategies such as the Flipped Classroom (FC) and Collaborative Learning (CL) have contributed to the teaching of computer programming. In this sense, this paper allows us to identify the current state-of-the-art techniques based on active and collaborative learning, and how they have supported programming learning, and the contributions that Artificial Intelligence (AI) has generated in this process. Methodology: Supported by the Kitchenham process, a systematic review was developed, finding the research questions, selecting information sources, the information analysis and processing. Different data sources and selection criteria were used to find research articles and conferences published between 2013 and 2020. Results: FC and CL current state was identified, emphasizing how these strategies support the teaching process of programming with educational methods and software tools. In addition, it was identified how Artificial Intelligence supports learning programming through different applications and computational techniques that integrate FC and CL. Conclusions: The novel tools and strategies based on AI have contributed to management and visualization. The teacher can make timely decisions in the training process and provide feedback on the learning environments' activities. Since the appearance of virtual tools, the implementation of Artificial Intelligence has become a basic need for virtual education, enhancing understanding and understanding the specific needs of the student.