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EDITORIAL

Simulation of the styrene production process via catalytic dehydrogenation of ethylbenzene using CHEMCAD® process simulator

Abstract Background: Process simulation has been extensively used in recent years to design, evaluate or optimize processes, systems and specific operations of the chemical industry and its related disciplines. Currently, CHEMCAD® constitute one of the most used process simulators because of the great number of chemical and petrochemical processes that can be simulated. Method: The simulation of the production process of styrene via catalytic dehydrogenation of ethyl-benzene is carried out by using the process simulator CHEMCAD® version 5.2.0, in order to determine the composition and mass flow-rate of each process involved in the production, as well as the main operating parameters of the equipment used. Two sensitivity studies were carried out: firstly, the influence of the temperature and pressure values applied at the LLV Separator on the amounts of ethyl-benzene and styrene to be obtained by the intermediate and top currents of this equipment; secondly, the influence of the operating pressure of the Distillation Column No. 1 (benzene-toluene column) on the quantity of ethyl-benzene and styrene obtained at the bottom stream. The simulating software MATLAB ® version 7.8.0 was used to process the results obtained. Results: Around 9234.436 kg/h of styrene is obtained in the last distillation column with 99.6% purity. Additionally, it was found that the water is the main impurity found on this stream, which represents 0.35% of the weight. Conclusions: The LLV Separator must operate at a low temperature (5 - 10 ºC) and at a relatively high pressure (10 bar), whereas the Distillation Column No. 1 must work at a pressure near atmospheric (1.0 bar), or preferably under vacuum conditions in order to obtain the highest yields of styrene and ethyl-benzene.

Resumen Contexto: La simulación de procesos se ha venido utilizando extensivamente en los últimos años con el propósito de diseñar, evaluar u optimizar procesos, sistemas u operaciones específicos de la industria química y sus ramas afines. Uno de los simuladores de procesos más empleados en la actualidad es el CHEMCAD®, mediante el cual se pueden simular un gran número de procesos químicos y petroquímicos. Método: Se lleva a cabo la simulación del proceso de producción del estireno a partir de la deshidrogenación catalítica del etilbenceno, utilizando el simulador de procesos CHEMCAD® versión 5.2.0., con el fin de conocer la composición y el flujo másico de cada una de las corrientes de proceso, así como también los principales parámetros de operación de los equipos utilizados. Se efectuaron dos estudios de sensibilidad: 1) influencia de los valores de temperatura y presión aplicados en el Separador LLV sobre las cantidades de etilbenceno y estireno a obtener por la corriente intermedia y del tope de este equipo; y 2) influencia de la presión de operación de la Columna de Destilación No. 1 sobre la cantidad de estireno y etilbenceno que sale por el fondo de ésta. Se empleó además el simulador MATLAB®, versión 7.8.0, para procesar los resultados obtenidos Resultados: En la última columna de destilación se obtienen 9234.436 kg/h de estireno con un 99.6 % de pureza, siendo la principal impureza encontrada en esta corriente el agua, con 0.35% en masa. Conclusiones: El Separador LLV deberá operarse a una temperatura baja (5 - 10 ºC) y a una presión relativamente alta (10 bar), mientras que la Columna de Destilación No. 1 deberá operar a una presión cercana a la atmosférica (1.0 bar) o, preferiblemente, bajo condiciones de vacío, para obtener los mejores rendimientos de estireno y etilbenceno.

Design and implementation of control system for unmanned aerial vehicle quadrotor

Resumen Contexto: La industria aeroespacial ha tenido bastante auge y así mismo el desarrollo y aplicación a los sistemas autónomos, propiciando desarrollos importantes en su implementación, y sistemas de control. Método: En este trabajo se presenta el desarrollo y la implementación de un vehículo aéreo no tripulado, tipo quadricóptero, se inicia con el análisis matemático de los sistemas de vehículos aéreos encontrando el modelo dinámico; el modelado del prototipo se basa en las ecuaciones Euler LaGrange. Posteriormente, se realiza el diseño de la estructura y el desarrollo de los sistemas de control basado en modos deslizantes; se aplica la ley de control basada en modos deslizantes en el sistema implementado que utiliza solamente información de pitch, roll y elevación. Resultados: Se implementó un prototipo de vehículo aéreo no tripulado tipo quadricóptero, y se implementó el sistema de control, donde se obtuvo un adecuado seguimiento de la referencia. Conclusiones: La adecuada selección de los elementos para la implementación del prototipo permite poder implementar diferentes estrategias de control, para este caso demostrando el adecuado trabajo de los modos deslizantes para la estabilización en dos ejes del quadricóptero.

Abstract Context: The aerospace industry had quite a rise and also the development and application to the autonomous systems, favoring important developments in its implementation, and control systems. Method: This work presents the development and implementation of an Unmanned Aerial Vehicle, quad-rotor type. The process begins with the mathematical analysis of the aerial vehicle systems, and finding the dynamic model. The modeling of the prototype is based on the Euler LaGrange equations; the design of the structure and the development of control systems are based on sliding modes. Furthermore, the applied control law is also based on sliding modes in the implemented system, which uses only Pitch, Roll and Elevation information Results: A prototype of unmanned aerial vehicle was implemented as a quadricopter, and the control system was implemented, where an adequate monitoring of the reference was obtained. Conclusions: The proper selection of the elements for the implementation prototype allows to implement different control strategies, for this case demonstrating the adequate work of the sliding modes for the stabilization in quadricopter two axes.

Smart control application in the oscillations using FACTS (STATCOM and SVC)

Resumen Contexto: Reducir las oscilaciones de un sistema eléctrico de potencia es necesario para mantener la estabilidad del mismo. En este trabajo se presenta una metodología para la sintonización de un controlador de oscilaciones de tipo difuso, un compensador de Volts Ampere Reactive, (VAR, por sus siglas en inglés), uno estático (Static Var Compensator, SVC, por sus siglas en inglés), y un compensador estático síncrono (Static Synchronous Compensator, STATCOM, por sus siglas en inglés), por métodos inteligentes. Método: Consiste en sintonizar un controlador de tipo difuso para amortiguar las oscilaciones de un sistema eléctrico de potencia por medio de un STATCOM o un SVC, a través de diferentes técnicas de optimización tales como: algoritmos genéticos (GA, Genetic Algorithm), optimización por enjambre de partículas (PSO, Particle Swarm Optimization) y algoritmo de optimización caótica (COA, Chaotic Optimization Algorithm). Resultados: A través de simulación se obtienen las oscilaciones en el voltaje y la velocidad de un sistema compuesto por una máquina sincróna conectada a un barraje infinito (SMIB, Single Machine Infinite Bus) antes y después de conectar un SVC y un STATCOM, ambos instalados independientemente y en diferentes condiciones de operación. Los resultados muestran las ventajas de utilizar métodos de ajuste para el controlador difuso comparados con el ajuste a ensayo y error. Conclusión: A partir de los resultados obtenidos, se comprueba la efectividad del controlador difuso utilizado en el control de oscilaciones con dispositivos Flexible AC Transmissions Systems (FACTS, por sus siglas en inglés) tanto en el SVC como en el STATCOM.

Abstract Context: Reducing the oscillations of the electrical power systems is an important task in order to maintain their stability. This paper presents a methodology for adjusting the parameters of a fuzzy oscillations controller with a Static Var Compensator (SVC) and a Static Synchronous Compensator (STATCOM). Methodology: The methodology consists of tuning a fuzzy controller to dampen oscillations in an electrical power system, with different optimization techniques such as: Genetic Algorithms (GA), Particle Swarm Optimization (PSO), and Chaotic Optimization Algorithm (COA). Results: The voltage and speed oscillations of a system composed of a synchronous machine connected to an infinite bus bar (SMIB) are obtained through simulations. There is data before and after connecting a SVC and a STATCOM, installed independently and in different operating conditions. The results obtained show that using a technique for adjusting parameters in the fuzzy controller is better than the adjustment of trial and error. Conclusion: With the obtained results, it is possible to verify the effectiveness of the fuzzy controller using Flexible AC Transmissions Systems (FACTS).

Determination of distributed generation poles from agricultural residual biomass in Madre de Dios, Peru

Resumen Contexto: L a región Madre de Dios, Perú, se encuentra condicionada por la forma del asentamiento disperso de sus poblaciones. Esta configuración limita el acceso de la energía a centros poblados rurales, que se encuentra en 69% en la población rural; por ello, esta investigación tuvo como objetivo principal la determinación de polos de generación distribuida a partir de biomasa residual agrícola en la región de Madre de Dios. Método: Mediante un esquema metodológico de cuatro fases, se analizó la cobertura eléctrica de la región Madre de Dios y se priorizaron centros poblados rurales con mayor posibilidad de energización; posteriormente, se determinó la cantidad de biomasa residual agrícola de los cultivos mayoritarios en la región y su localización geográfica. Seguidamente, se analizaron las opciones tecnológicas de aprovechamiento energético disponibles; por último, se estimó la cantidad de energía aprovechable de la biomasa residual agrícola. Resultados: Se determinaron cinco centros poblados rurales priorizados en Madre de Dios para la energización. En cuanto a la biomasa residual agrícola, ésta se estimó en 6645.08 ton/año para arroz, 5191.20 ton/año para maíz amarillo duro y 7862.37 ton/año para plátano, los tres cultivos mayoritarios en la región. Se estimó que, para el aprovechamiento de cascarilla de arroz, el rango de generación de energía varía de 838.86 a 1319.23 KWh/año mediante gasificadores de lecho móvil, y de 317.99 a 897.56 KWh/año para gasificadores de lecho fluidizado, con lo cual se cubriría la demanda energética de los centros poblados rurales priorizados, que asciende a 211.9 MWh/año. Conclusiones: La región de Madre de Dios cuenta con potencial de generación de energía eléctrica distribuida que puede cubrir la demanda de los cinco centros poblados priorizados al 100%. Asimismo, la energía generada en la región Madre de Dios mediante lecho fluidizado podría atender la demanda de 1495 habitantes aproximadamente, mientras que mediante lecho móvil se cubriría la demanda de 3945 habitantes aproximadamente.

Abstract Context: The region Madre de Dios is located in Peru and is conditioned by the dispersed way in which the people establish settlements. This configuration limits the access these rural settlements have to energy (currently, the rural electrification only reaches 31%). Thus, this investigation focuses on determining distributed energy poles through the use of residual biomass in Madre de Dios region. Method: Through a methodological scheme of four phases, the electric coverage in Madre de Dios was analyzed and the rural settlements with better energization chances were prioritized. Next, the amount of agricultural biomass waste of major crops in Madre de Dios was determined and geographically located; then, the technological options of energetic harnessing were analyzed. Finally, the amount of agricultural biomass waste that can be used for energy was estimated. Results: Five rural settlements were prioritized in Madre de Dios for the possible process of providing energy. The agricultural biomass waste was estimated in 6,645.08 ton/year for rice; 5,191.20 ton/year for yellow corn; and 7,862.37 ton/year for banana. These are the three major crops in the region. For rice husk located in productive areas, the energy was estimated to vary between 838.86 KWh/year and 1,319.23 KWh/year through the use of mobile bed gasifiers; and it varies from 317.99 KWh/year to 897.56 KWh/year for fluidized bed gasifiers, which meets the energetic demand of the prioritized rural settlements (211.9 MWh/year). Conclusions: The region of Madre de Dios has potential for generating distributed energy, which could meets the demand of five prioritized rural settlements up to 100%. Likewise, using fluidized bed gasifiers, the energy generated in Madre de Dios could meet the demand of 1495 inhabitants, approximately; and by using of mobile bed gasifiers, the coverage could amount to 3945 inhabitants

Comparison of spatial interpolation techniques to predict soil properties in the colombian piedmont eastern plains

Resumen Contexto: la interpolación espacial de propiedades del suelo en el piedemonte llanero colombiano es compleja debido al efecto simultáneo de la génesis del suelo, las características del terreno, el uso actual, y el manejo que de él se hace. Mientras las técnicas de interpolación vienen siendo adaptadas para tener en cuenta estos efectos, algunas propiedades del suelo son difíciles de predecir con las técnicas convencionales. Método: en este trabajo se evaluaron seis técnicas de interpolación espacial: distancia inversa ponderada (IDW); Spline; kriging ordinario (KO); kriging universal (KU); cokriging (Ckg); y mejor predicción lineal insesgada empírica con máxima verosimilitud restringida (REML-EBLUP), a partir de la aplicación de hipercubo latino condicionado (HCLc) como estrategia de muestreo. Se utilizaron los índices de terreno calculados a partir de un modelo digital de elevación como información auxiliar del suelo en los procedimientos de Ckg y REML-EBLUP. Para determinar los índices de terreno más importantes de cada propiedad se utilizó el algoritmo de bosques aleatorios (RF) y para validar las interpolaciones sobre validaciones cruzadas se usaron las métricas de error. Resultados: los resultados soportan el supuesto de que HCLc captura adecuadamente la distribución total de la información auxiliar en condiciones del área experimental. Además, sugieren que Ckg y REML-EBLUP generan mejores predicciones de la mayoría de las propiedades del suelo evaluadas. Conclusiones: las técnicas de interpolación mixtas, teniendo también información auxiliar del suelo e índices de terreno, proporcionaron una mejora significativa de la predicción de propiedades del suelo, en comparación con las demás técnicas.

Abstract Context: Interpolating soil properties at field-scale in the Colombian piedmont eastern plains is challenging due to: the highly and complex variable nature of some processes; the effects of the soil; the land use; and the management. While interpolation techniques are being adapted to include auxiliary information of these effects, the soil data are often difficult to predict using conventional techniques of spatial interpolation. Method: In this paper, we evaluated and compared six spatial interpolation techniques: Inverse Distance Weighting (IDW), Spline, Ordinary Kriging (KO), Universal Kriging (UK), Cokriging (Ckg), and Residual Maximum Likelihood-Empirical Best Linear Unbiased Predictor (REML-EBLUP), from conditioned Latin Hypercube as a sampling strategy. The ancillary information used in Ckg and REML-EBLUP was indexes calculated from a digital elevation model (MDE). The “Random forest” algorithm was used for selecting the most important terrain index for each soil properties. Error metrics were used to validate interpolations against cross validation. Results: The results support the underlying assumption that HCLc captured adequately the full distribution of variables of ancillary information in the Colombian piedmont eastern plains conditions. They also suggest that Ckg and REML-EBLUP perform best in the prediction in most of the evaluated soil properties. Conclusions: Mixed interpolation techniques having auxiliary soil information and terrain indexes, provided a significant improvement in the prediction of soil properties, in comparison with other techniques.

Evaluation and comparison of the grain size analysis obtained from natural and recycled aggregates

Resumen Contexto: el uso de residuos de construcción y demolición (RCD) hace parte de la gestión que permite mitigar contaminación ambiental y disminuye el impacto que ocasiona la extracción de agregados naturales. La industria del sector de la construcción posee en marcha objetivos de implementación de la metodología de las 3R (reducir, reusar y reciclar) y los procesos de producción más limpia para los RCD; siendo en Colombia un sector con crecimiento anual del 13%, lo que incrementa la disposición. Método: se requirió establecer un análisis granulométrico comparativo entre los agregados naturales y reciclados, que permitió identificar desde el punto de vista técnico, semejanzas y diferencias, entre parámetros establecidos en la Norma Técnica Colombiana NTC 174 (especificaciones de agregados en la producción de concretos). Las muestras de agregados reciclados fueron tomadas de escombreras artesanales de la ciudad de Bogotá D.C., y las muestras de agregados naturales obtenidas del sector comercial, en la ciudad. Resultados: se obtuvieron curvas granulométricas de los agregados respecto a los límites establecidos por la norma NTC 176, lográndose determinar que los RCD no cumplen con las especificaciones normativas de los concretos; sin embargo, no se descarta su uso como agregado para el concreto no estructural, para la fabricación modular sostenible. Conclusiones: se requiere de una evaluación y comparación granulométrica de los agregados para establecer que los residuales sean reutilizados como materia prima, promoviendo una política ambiental que sugiera el uso como estrategia de sostenibilidad en entornos sociales.

Abstract Context: The use of construction and demolition waste - CDW, is part of the management that allows us to mitigate environmental pollution and reduces the impact caused by the extraction of natural aggregates. The sector of construction industry has launched aims of implementation of “3R - reduce, reuse and recycle” methodology and “Cleaner production” for the CDW processes; being in Colombia, a sector with annual growth of 13%, which increases the available. Method: It was required to establish a comparative particle size analysis between aggregate natural and recycled, which allowed to identify from the technical point of view, similarities and differences between parameters established in the Colombian technique standard NTC 174 (specifications for aggregates in concrete production). Samples of recycled aggregates were taken from artisanal dumps of Bogotá D.C.; and samples of natural aggregates, obtained from the commercial sector in the city. Results: We obtained grain size curves of the aggregates regarding the limits set by the standard NTC 176. Achieving determines that the CDW do not comply with the normative specifications of the concrete. However it is possible to use as aggregate for concrete structural, no sustainable modular manufacturing. Conclusions: It is needed an assessment and grading comparison of the aggregates to establish that the residuals are reused as raw material: promoting an environmental policy that suggests use as a sustainability strategy in social settings.

Personalized adaptive interfaces for supporting recommendation from learning object repositories

Resumen Contexto: existen muchos repositorios de recursos educativos que permiten buscar y recuperar objetos de aprendizaje, de esta forma se puede tener acceso a millones de recursos educativos; sin embargo, se requiere mejorar la presentación, visualización y satisfacción de uso de dichos objetos de aprendizaje, teniendo en cuenta las preferencias y necesidades de los estudiantes. Método: el objetivo de este artículo es incorporar una interfaz adaptativa personalizada a un sistema multiagente con el fin de recomendar objetos de aprendizaje, desde repositorios locales y remotos utilizando el perfil cognitivo de los estudiantes. Resultados: la validación del prototipo se realizó a través de un caso de estudio en el cual la interfaz adaptó tanto la presentación como la visualización de los objetos de aprendizaje a través de las preferencias, necesidades y características de los estudiantes. Conclusiones: se puede concluir que las interfaces adaptativas personalizadas demuestran su eficacia y representan entonces un gran aporte en los entornos de e-learning, debido a que modifican en tiempo real la visualización y la presentación, teniendo en cuenta el perfil cognitivo del aprendiz.

Abstract Context: There are many repositories that allow searching and retrieving learning objects, so a lot of learning resources can be accessed. However, it is required to improve the presentation and visualization of those learning resources considering the student’s preferences, needs, and cognitive features. Method: The aim of this paper is to incorporate a customized interface with an adaptive multi-agent system for learning objects recommendation from local and remote repositories based on the student’s cognitive profile. Results: The prototype validation was made through a case study in which the interface has adapted not only the presentation but the visualization of learning objects taking into account the student’s preferences, needs and cognitive features. Conclusions: We can conclude that personalized adaptive interfaces demonstrate their efficacy and represent a great contribution to e-learning environments since they modify in real time the visualization and presentation of educational resources using the student’s cognitive profile.

Smart grids in the colombian electric system: Current situation and potential opportunities

Resumen Contexto: el presente artículo realiza un análisis funcional de las redes eléctricas inteligentes con el propósito de establecer un marco de referencia, el cual permita identificar las principales características del sistema actual de interconexión eléctrica en Colombia. Asimismo, se presentan los incentivos propuestos por el gobierno colombiano, para apoyar proyectos de investigación y desarrollo que implementen fuentes no convencionales de energía y promuevan una gestión eficiente de ésta. Método: a través de una metodología descriptiva, se presenta un modelo de arquitectura que describe la interoperabilidad de los componentes de una red inteligente. Resultados: dentro de los resultados se establece una relación de los objetivos que en materia energética han proyectado las entidades públicas y privadas en Colombia, particularizando en las oportunidades que se tiene para dotar de inteligencia artificial el sistema eléctrico actual. Conclusiones: desde el contexto de seguridad eléctrica, equidad social y mitigación del impacto ambiental en Colombia, el sistema energético debe afrontar los nuevos retos requeridos para satisfacer la demanda. Desde un punto de vista técnico, es necesario dotar la red tradicional con las características de una red inteligente y, desde una perspectiva legal, es imprescindible generar un esquema normativo y regulatorio claro que propenda por el desarrollo de este tipo de tecnología.

Abstract Context: This paper focuses on providing a functional analysis of smart grids, with the purpose of establishing a framework to identify the main characteristics of the current electric interconnection system in Colombia. It also names the positive incentives proposed by the Colombian government to support both research and development projects that implement non-conventional energy sources and promoting energy management based on efficiency. Method: An architecture model that describes the components interoperability of a smart grid is presented using a descriptive methodology. Results: The results include a list of the objectives established by the Colombian public and private entities related to energy development, specially focusing on the opportunities to provide some kind of artificial intelligence to the current electrical system. Conclusions: It is necessary for the Colombian energy system to supply the energy demand considering electrical safety, social equity, and the minimum environmental impact. These restrictions impose new challenges for the energy system itself: From a technical point of view, the traditional electrical grid must be outfitted with the characteristics of a smart grid, and from a legal perspective, it is essential to generate a clear regulatory framework that promotes the development of this type of technology.

Urban transport entropies in the metropolitan area of Guadalajara: Automobility and air quality

Resumen Contexto: la evidencia empírica demuestra que, en los últimos tres lustros del presente siglo, el parque vehicular se ha incrementado en más de dos millones de unidades en el área metropolitana de Guadalajara. Dentro de este incremento alarmante, muchos de los vehículos no poseen convertidores catalíticos y a pesar de ello circulan cotidianamente por las vías primarias y secundarias de la metrópoli. De ahí el objetivo del presente trabajo consistente en reflexionar sobre la movilidad motorizada que se vive actualmente en la segunda urbe más importante de México. Método: se utiliza un método analítico descriptivo basado en la revisión documental de contenidos temáticos sobre el porcentaje de contaminantes que aporta cada municipio que compone la metrópoli de Guadalajara, con respecto al incremento del parque vehicular, calidad del aire, cantidad de vehículos registrados y cantidad de vehículos verificados. Con base en el enfoque sistémico, se hacen inferencias del escenario actual de la ciudad bajo el argumento de que ésta se encuentra ante la presencia de fuerzas estabilizadoras y desestabilidazoras de su estado homeostático. Resultados: se obtiene que la política gubernamental en materia de reducción de contaminantes ha tenido poco impacto en la concientización de la población.Por lo tanto, resulta necesario realizar un repensamiento de las acciones gubernamentales y ciudadanas para reducir la probabilidad de precontingencias y contingencias ambientales y promover la cultura de la movilidad incluyente, sustentable y segura. Asimismo, los datos sugieren que existe una ausencia sistémica en la planificación de la ciudad y del territorio. Conclusiones: la ausencia sistémica en la planificación de la ciudad y el territorio ha originado condiciones hostiles manifiestas en el espacio físico. En este espacio, los vehículos privados, y en general los medios motorizados, se han convertido en estas fuerzas que alteran la homeostasis de la ciudad provocando entropía, lo que conlleva al uso de medios de transporte sostenibles y a trabajar colectivamente para la sustitución sistemática del automóvil.

Abstract Context: Empirical evidence shows that vehicle ownership has increased exponentially in the last fifteen years in the Metropolitan Area of Guadalajara, amounting more than two million vehicles. Moreover, a high percentage of these vehicles is very old and lack air-pollution control systems such as catalytic converters. The goal of this paper is to meditate about motorized transport in the second largest city in Mexico. Method: A descriptive analytical method was used to review data and information from governmental and non-governmental sources. Air contaminants are related to car ownership increment, county multi-modal transport distribution, registered vehicles, and the amount of vehicles that have been verified and certified by the government air quality program. From a systems theory point of view, current scenarios are analyzed and inferences are made. As a result, there are balancing and unbalancing forces that affect the homeostasis of this metropolitan area. Results: Air-quality regulations have failed to echo among their citizens that neglect to tune up and verify emissions from their vehicles. Therefore, government officials and the society itself must reconsider their efforts and renew air quality policies based on low emissions, safe, reliable, and sustainable transportation to avoid air quality contingencies. In addition, data clearly suggests that land and urbanistic planning has not followed a systemic approach. Conclusions: Guadalajara metropolitan area clearly shows a lack of a systemic methodology in planning its urbanistic and land development. Hence, a perverse synergy of hostile conditions have emerged within its territory and internal combustion vehicles are the most important destabilizing force in the homeostasis of the city increasing entropy. The presence of this entropy is forcing the inhabitants in Guadalajara to migrate to a multi-modal sustainable transportation system, and start a systematic car substitution program that ensures zero or very low vehicle emissions.