Ingeniería e Investigación

Capacidad de Carga y Predicción de Asentamiento de Zapatas Bordeadas de Bordes Múltiples que Descansan Sobre Arena

ABSTRACT This paper presents the application of artificial neural networks (ANN) and multivariable regression analysis (MRA) to predict the bearing capacity and the settlement of multi-edge skirted footings on sand. Respectively, these parameters are defined in terms of the bearing capacity ratio (BCR) of skirted to unskirted footing and the settlement reduction factor (SRF), the ratio of the difference in settlement of unskirted and skirted footing to the settlement of unskirted footing at a given pressure. The model equations for the prediction of the BCR and the SRF of the regular shaped footing were first developed using the available data collected from the literature. These equations were later modified to predict the BCR and the SRF of the multi-edge skirted footing, for which the data were generated by conducting a small scale laboratory test. The input parameters chosen to develop ANN models were the angle of internal friction (𝜙) and skirt depth (D s ) to the width of the footing (B) ratio for the prediction of the BCR; as for the SRF one additional input parameter was considered: normal stress (σ). The architecture for the developed ANN models was 2-2-1 and 3-2-1 for the BCR and the SRF, respectively. The R for the multi-edge skirted footings was in the range of 0,940-0,977 for the ANN model and 0,827-0,934 for the regression analysis. Similarly, the R for the SRF prediction might have been 0,913-0,985 for the ANN model and 0,739-0,932 for the regression analysis. It was revealed that the predicted BCR and SRF for the multi-edge skirted footings with the use of ANN is superior to MRA. Furthermore, the results of the sensitivity analysis indicate that both the BCR and the SRF of the multi-edge skirted footings are mostly affected by skirt depth, followed by the friction angle of the sand.

RESUMEN Este documento presenta la aplicación de redes neuronales artificiales (ANN) y el análisis de regresión multivariable (MRA) para predecir la capacidad de carga y el asentamiento de las zapatas bordeadas de bordes múltiples en arena. Estos parámetros se definen, respectivamente, en términos de la relación de capacidad de carga (BCR) de carga de la zapata con zócalo y sin zócalo y el factor de reducción de asentamiento (SRF), la razón de la diferencia en la solución de zócalo sin zócalo y zapatas bordeadas para el asentamiento de zapatas sin falda a una presión determinada. Las ecuaciones modelo para predecir la BCR y el SRF de la zapata de forma regular se desarrollaron primero utilizando los datos disponibles recopilados de la literatura. Estas ecuaciones se modificaron posteriormente para predecir la BCR y el SRF de la zapata bordeada de bordes multiples, para la cual se generaron los datos mediante la realización de una prueba de laboratorio a pequeña escala. Los parámetros de entrada elegidos para desarrollar modelos ANN fueron el ángulo de fricción interna (𝜙), la profundidad del faldón (D s ) al ancho de la relación de zapata (B) para la predicción del BCR; en cuanto al SRF, se consideró un parámetro de entrada adicional: la tensión normal (σ). La arquitectura para los modelos ANN desarrollados fue 2-2-1 y 3-2-1 para la BCR y el SRF, respectivamente. El R para las zapatas bordeadas de bordes múltiples estuvo en el rango de 0,940-0,977 para el modelo ANN y 0,827-0,934 para el análisis de regresión. De manera similar, el R para la predicción del SRF pudo haber sido de 0,913-0,985 para el modelo ANN y 0,739-0,932 para el análisis de regresión. Se reveló que la BCR predicha y el SRF para las zapatas con borde de múltiples bordes con el uso de ANN es superior al MRA. Además, los resultados del análisis de sensibilidad indican que tanto el BCR como el SRF de las zapatas bordeadas de bordes múltiples se ven más afectados por la profundidad de la falda, seguida del ángulo de fricción de la arena.

Termodinámica de Adsorción en la Remoción de Cr(VI) usando Residuos Agroindustriales Bagazo de Palma Aceitera y Cáscaras de Plátano

ABSTRACT The effect of temperature on the adsorption of Cr (VI) was determined with waste materials from the agro-industry, such as palm bagasse and plantain peels, by determining the thermodynamic parameters which allow to establish the mechanisms that control the process. The methodology included an initial preparation of the biomass, its characterization, and subsequent adsorption tests by setting the initial concentration of the metal to 100 ppm, a particle size of 0,5 mm, a biomass amount of 0,325 g, pH 2, and a volume of 100 mL. The process temperature varied between 303,15, and 352,15 K. The concentration of the remaining metal in the solution was performed using the diphenyl carbazide colorimetric method through a UV-Vis spectroscopy at a wavelength of 540 nm. The results show that the effect of temperature does not present a defined trend for palm bagasse, whereas it is linear for adsorption using plantain peels. Furthermore, the process of adsorption of Cr (VI) with palm bagasse is more favorable at higher temperatures, since it is a spontaneous process with a physical adsorption mechanism. On the other hand, the adsorption process with plantain peels is thermodynamically feasible at temperatures from 40 to 55 °C and not spontaneous at higher temperatures. Also, a physicochemical adsorption mechanism was evinced. It is concluded that the use of the studied materials is possible in the removal of the Cr (VI) ion in aqueous solutions.

RESUMEN Se determinó el efecto de la temperatura en la adsorción de Cr (VI) usando materiales de desecho de la agroindustria, tales como bagazo de palma y cáscaras de plátano, determinando los parámetros termodinámicos que permiten establecer los mecanismos que controlan el proceso. La metodología incluyó una preparación inicial de la biomasa, su caracterización y pruebas posteriores de adsorción fijando la concentración inicial del metal a 100 ppm, el tamaño de partícula a 0,5 mm, una cantidad de biomasa de 0,325 g, pH 2 y un volumen de 100 mL. La temperatura del proceso varió entre 303,15, y 352,15 K. La concentración del metal remanente en la solución se realizó usando el método colorimétrico del difenil carbazida por espectroscopia UV-Vis a una longitud de onda de 540 nm. Los resultados muestran que el efecto de la temperatura no presenta una tendencia definida para el bagazo de palma, mientras que es lineal para la adsorción usando cáscaras de plátano. Además, el proceso de adsorción de Cr (VI) con el bagazo de palma se vuelve más favorable a temperaturas más altas, siendo este un proceso espontaneo con un mecanismo de adsorción física. Por otro lado, el proceso de adsorción con cáscaras de plátano es termodinámicamente factible a temperaturas de 40 hasta 55 °C y no espontáneo a temperaturas superiores. También se hace evidente un mecanismo de adsorción fisicoquímico. Se concluye que es posible el uso de los materiales estudiados en la remoción del ion Cr (VI) en soluciones acuosas.

Calidad de Potencia en Microrredes Aisladas AC: Marco de Referencia Técnico y Revisión del Estado del Arte

ABSTRACT In recent years, operation and control strategies in distribution systems have changed due to the increase in the connection of distributed generation sources (DGs). Small local networks with electricity users and DGs are known as microgrids. These microgrids can operate independently (islanded) or in collaboration (interconnected) with the main network or other microgrids. Some advantages of interconnected microgrids include the reduction of losses, an increase in reliability, and decentralized operation under fault conditions. Nevertheless, when a microgrid operates in islanded mode, its electrical characteristics change and, consequently, the severity of power quality disturbances can increase, as well as their negative impact on electronic devices (loads and DG devices). This paper presents a comprehensive literature review of existing studies on power quality disturbances in islanded microgrids and identifies the most relevant needs for future research on this topic. Detailed information is analyzed to compare the differences between disturbance levels in both interconnected and islanded microgrids. In the case of harmonic disturbances, the impact of the different microgrid configurations is also analyzed.

RESUMEN En los últimos años, las estrategias de operación y control en los sistemas de distribución han cambiado debido al aumento en la conexión de las fuentes de generación distribuidas (DGs). Las pequeñas redes locales con usuarios de electricidad y DGs se conocen como microrredes. Estas microrredes pueden funcionar de forma independiente (aislada) o en colaboración (interconectadas) con la red principal u otras microrredes. Algunas ventajas de las microrredes interconectadas incluyen la reducción de pérdidas, aumento en la confiabilidad y la operación descentralizada bajo condiciones de falla. No obstante, cuando una microrred opera en modo aislado, sus características eléctricas cambian y, en consecuencia, la gravedad de las perturbaciones de calidad de potencia podrían aumentar, así como su impacto negativo en dispositivos electrónicos (cargas y dispositivos DG). Este artículo presenta una revisión literaria exhaustiva de los estudios existentes sobre perturbaciones de calidad de potencia en microrredes aisladas e identifica las necesidades más relevantes de investigación futura sobre este tema. Se analiza información detallada para comparar las diferencias entre los niveles de perturbaciones en microrredes interconectadas y aisladas. En el caso de perturbaciones causadas por armónicos, se analiza también el impacto de las diferentes configuraciones de microrredes.

Control de un Motor de Corriente Continua usando Escalamiento Temporal

ABSTRACT Humans naturally control their surrounding space. However, that capacity has not been fully used to build better intelligent controllers, mainly because the reaction time of a person limits the number of industrial applications. In this paper, the author proposes a method to overcome the problem of reaction time for a human in the control loop. This method, called Time Scaling Control, starts by modifying the constant times of the plant's model to the point where control is comfortable for a human. Then, the controller acquires the knowledge that was expressed during the human control stage and places it in a Neural Network, which controls both scaled and original plants. Time Scaling Control highly improves the control performance compared with a PID, in this case demonstrated by the control of a direct current motor, which cannot be controlled by a human without time scaling control due to the speed of the system.

RESUMEN Los humanos controlan el espacio que los rodea de manera natural. Sin embargo, esta capacidad no se ha usado completamente para construir mejores controladores inteligentes, principalmente porque el tiempo de reacción de una persona limita el número de posibles aplicaciones industriales. En este artículo se propone un método para eliminar el problema del tiempo de reacción de un humano en un lazo de control. Este método, llamado Control con Escalamiento Temporal, comienza por modificar las constantes de tiempo del modelo de la planta, hasta el punto en el que el control sea cómodo para un humano. Entonces, el controlador adquiere el conocimiento que fue expresado durante la etapa de control humano y lo ubica en una red neuronal, la cual controla tanto la planta escalizada como la planta original. El Control con Escalamiento Temporal mejora bastante el desempeño del control en comparación con un PID, demostrado en este caso por el control de un motor de corriente directa, el cual no puede ser controlado por una persona sin el uso de escalamiento temporal por la velocidad del motor.

Coordinación Óptima de Generadores Activos en una Microrred Interconectada

ABSTRACT In a microgrid composed of distributed active generators based on renewable energy sources, with heterogeneous features and generation profiles, the availability of the energy resource, the energy reserve capacity, and the degradation of the storage unit, define the constraints for the management and dispatch of each active generator. This can result in sub-optimal use of distributed energy resources in comparison with the operation of a single generation unit. However, under the current trend oriented to distributed installations, the overall operation could be improved if an aggregated operation is considered within the management level. This paper proposes a coordinated operation of the storage units associated with distributed active generators for a hybrid grid-connected microgrid. In order to optimize the use of the active generators, including the equalization of the state of charge of the storage units, a mathematical model is proposed. This model tries to avoid uneven degradation of the storage units, and, consequently, enhance the reserve capacity and reduce the depth of discharge by achieving the operation of the distributed system as a unified system. The simulations are carried out in GAMS and MATLAB in order to validate the system's operation. The results show a better performing grid-connected microgrid with the proposed approach.

RESUMEN En una microrred compuesta por generadores activos distribuidos basados en fuentes de energía renovables con características heterogéneas y diferencias en sus perfiles de generación, la disponibilidad del recurso energético, la capacidad de reserva de energía y la degradación de la unidad de almacenamiento definen las limitaciones para la gestión y despacho de cada generador activo. Esto puede resultar en un uso subóptimo de los recursos de energía distribuida en comparación con la operación de una unidad de generación única. Sin embargo, bajo la tendencia actual orientada a instalaciones distribuidas, la operación general podría mejorarse si se considera una operación agregada dentro del nivel de gestión. Este documento propone una operación coordinada de las unidades de almacenamiento asociadas con generadores activos distribuidos para una microrred híbrida conectada a la red. Se propone un modelo matemático para optimizar el uso de los generadores activos, incluida la ecualización del estado de carga de los sistemas de almacenamiento. Este modelo intenta evitar la degradación desigual de dichas unidades de almacenamiento y, en consecuencia, mejorar la capacidad de reserva y reducir su profundidad de descarga al lograr que el sistema distribuido opere como un sistema unificado. Las simulaciones se desarrollan en GAMS y MATLAB con el objetivo de validar la operación del sistema. Los resultados muestran un mejor desempeño de la microrred interconectada con el enfoque propuesto.

EF1-NSGA-III: Un Algoritmo Evolutivo Basado en el Primer Frente para Obtener Puntos Extremos no Negativos y no Repetidos

ABSTRACT Multi-Objective and Many-objective Optimization problems have been extensively solved through evolutionary algorithms over a few decades. Despite the fact that NSGA-II and NSGA-III are frequently employed as a reference for a comparative evaluation of new evolutionary algorithms, the latter is proprietary. In this paper, we used the basic framework of the NSGA-II, which is very similar to the NSGA-III, with significant changes in its selection operator. We took the first front generated at the non-dominating sort procedure to obtain non-negative and non-repeated extreme points. This open-source version of the NSGA-III is called EF1-NSGA-III, and its implementation does not start from scratch; that would be reinventing the wheel. Instead, we took the NSGA-II code from the authors in the repository of the Kanpur Genetic Algorithms Laboratory to extend the EF1 -NSGA-III. We then adjusted its selection operator from diversity, based on the crowding distance, to the one found on reference points and preserved its parameters. After that, we continued with the adaptive EF1-NSGA-III (A-EF1 -NSGA-III), and the efficient adaptive EF1 -NSGA-III (A2-EF1 -NSGA-III), while also contributing to explain how to generate different types of reference points. The proposed algorithms resolve optimization problems with constraints of up to 10 objective functions. We tested them on a wide range of benchmark problems, and they showed notable improvements in terms of convergence and diversity by using the Inverted Generational Distance (IGD) and the HyperVolume (HV) performance metrics. The EF1-NSGA-III aims to resolve the power consumption for Centralized Radio Access Networks and the Bi-Objective Minimum Diameter-Cost Spanning Tree problems.

RESUMEN Los problemas de optimización de varios objetivos se han resuelto ampliamente usando algoritmos evolutivos durante algunas décadas. A pesar de que los algoritmos NSGA-II y NSGA-III se emplean con frecuencia como referencia para evaluar nuevos algoritmos evolutivos, este último es propietario. En este artículo, utilizamos el marco NSGA-II, similar al NSGA-III, con cambios en su operador de selección. Tomamos el primer frente generado por ordenamiento no dominante para obtener puntos extremos no negativos y no repetidos. Esta versión del NSGA-III se llama EF1 -NSGA-III, y su implementación no comienza desde cero; eso seria reinventar la rueda. En lugar de eso, tomamos el código NSGA-II de los autores en el repositorio del Laboratorio de Algoritmos Genéticos Kanpur para extender el EF1 -NSGA-III. Luego ajustamos su operador de selección de la diversidad en función de la distancia de hacinamiento al que se encuentra usando los puntos de referencia y preservamos sus parámetros. Después continuamos con el EF1-NSGA-III adaptativo (A-EF1-NSGA-III), y el eficiente adaptativo EF1 -NSGA-III (A2-EF1 -NSGA-III) contribuyendo en la explicación de cómo generar diferentes tipos de puntos de referencia. Los algoritmos propuestos resuelven problemas de optimización con restricciones de hasta 10 funciones objetivos. Los probamos en una amplia gama de problemas de referencia, y mostraron mejoras notables en términos de convergencia y diversidad utilizando las métricas de rendimiento de Distancia Generacional Invertida (IGD) e Hipervolumen (HV). El EF1 -NSGA-III tiene como objetivo resolver el consumo de energía para las redes de acceso de radio centralizado y los problemas del árbol de expansión de diámetro mínimo bi-objetivo.

Cifrado de Imágenes Basado en la Entropía Utilizando el Factor de Propagación Variable Ortogonal (OVSF)

ABSTRACT The purpose of image encryption is to provide data privacy and security. The former ensures that only authorized personnel can access the original content, while the latter implies that there is no evident relationship between the encrypted and the original content, and that the key space is equally likely and large enough. In the current state of the field, there are several proposals of image encryption techniques with very high privacy (in terms of entropy) but weak in terms of security (i.e., small key space). Recently, a new encoding-based method that provides a long key space (namely 8,57 x 10506) with a middle value of entropy (87%) was proposed. Our proposal preserves the strength of the image encryption methods based on encoding, but with a higher value placed on security than the preliminary works. Every pixel of an image is mapped into an orthogonal code based on 256 bits. The 8-OVSF codes are selected to encode the image, given that the entropy of the inter-symbol is near the possible maximum. Numerous test results verify that our ciphered data have a very high value of entropy (98,5%) with an equally likely and long key space (8,57 x 10506), thus providing an adequate balance between privacy and security.

RESUMEN El objetivo del cifrado de imágenes es proporcionar privacidad y seguridad a los datos. La primera garantiza que solo el personal autorizado pueda acceder al contenido original, mientras que la otra implica que no exista relación evidente entre el contenido cifrado y el original, y que el conjunto de claves tenga igualdad de probabilidad y sea lo suficientemente grande. En el estado del arte existen numerosas propuestas de técnicas de cifrado de imágenes con alta privacidad (en términos de entropía), pero con deficiencia en términos de seguridad (es decir, un conjunto de claves pequeño). Recientemente, se propuso un método basado en codificación que proporciona un espacio de clave grande (específicamente, 8,57 x 10506) con un valor intermedio de entropía (87%). Nuestra propuesta conserva la fortaleza de los métodos de cifrado de imágenes basados en codificación, pero con mayor valor de seguridad que los trabajos anteriores. Cada píxel de una imagen es mapeado a un código ortogonal de 256 bits. Los códigos 8-OVSF se seleccionan para codificar la imagen, debido a que la entropía del inter-símbolo es cercana al máximo posible. Los resultados de numerosas pruebas demuestran que nuestros datos cifrados tienen un valor de entropía muy alto (98,5 %) con un conjunto de claves grande (8,57 x 10506) e igualmente probable, lo que proporciona un equilibrio adecuado entre privacidad y seguridad.

Compostaje de Subproductos de las Agroindustrias de Naranja (Citrus sinensis (L.) Osbeck) y Caña de Azúcar (Saccharum spp. hybrids)

ABSTRACT There is a global problem involving the generation, management, disposal, and treatment of agro-industrial waste, since it requires technologies for its transformation into the sustainable production of food, fodder, biofuels, fibers, bioproducts, and biofertilizers. The citrus and sugarcane agroindustries generate waste or byproducts that require a special treatment to be reused. Sugarcane byproducts already have an established but unsustainable use. In the case of citrus fruits, 50-60% of the organic waste has an acidic pH (3-4), 95% organic matter, and 80-90% moisture. The objective of this research was to evaluate and model the pile composting method applied to byproducts of the orange and sugarcane agroindustries to obtain compost with competitive physicochemical parameters for use as a soil improver. The pile was designed with a pyramidal-rectangular arrangement, and 9 points were established for temperature sampling in three different sections during composting. An average of 55 °C and a pH of 9,1 were obtained at the end of the process. Compared to the regional control, the C/N ratio (27,5), organic matter (65,5%), and macro- and microelements show improved characteristics for use in food production in agro-ecological agriculture.

RESUMEN Hay una problemática global que implica la generación, manejo, disposición y tratamiento de residuos agroindustriales, dado que requieren tecnologías para su transformación en la producción sostenible de alimentos, forrajes, biocombustibles, fibras, bioproductos y biofertilizantes. Las agroindustrias de cítricos y caña de azúcar generan residuos o subproductos que requieren un tratamiento especial para ser reutilizados. Los subproductos de caña ya tienen un uso establecido, pero no sostenible. En el caso de los cítricos, entre 50-60% de los residuos orgánicos tienen pH ácido (3-4), 95 % de materia orgánica y 80-90% de humedad. El objetivo de la presente investigación fue evaluar y modelar el método de compostaje de pila en subproductos de la agroindustria de naranja y caña de azúcar para obtener composta con parámetros fisicoquímicos competitivos para uso como mejorador de suelos. La pila se diseñó con un arreglo piramidal-rectangular y se establecieron 9 puntos para el muestreo de temperatura en tres secciones diferentes durante el compostaje. Se obtuvieron un promedio de 55 °C y un pH de 9,1 al final del proceso. Comparado con el testigo regional, la relación C/N (27,5), la materia orgánica (65,5 %), y los macro y microelementos presentan características mejoradas para su empleo en la producción de alimentos en la agricultura agroecológica.

Análisis de la Relación de TI y de las Tecnologías de la Industria 4.0 con la Internacionalización y Rendimiento Empresarial

ABSTRACT The impact of information technologies (IT) on organizations has attracted the attention of professionals and academics in recent years. In this article, since Industry 4.0 technologies have not yet been implemented at the same level as general purpose information technologies, they are analyzed separately to understand their relationship with internationalization and business performance. Through a survey of 168 companies in the city of Bogotá, Colombia, different regression analyses were performed according to a research model proposed to estimate the effects of the determined variables. It was evident that the companies with a greater use of IT present a higher degree of internationalization. Likewise, the proposed model demonstrates the direct relationship between the use of IT and Industry 4.0 technologies and business performance. The software R studio was used for statistical analysis.

RESUMEN El impacto de las tecnologías de la información (TI) en las organizaciones ha atraído la atención de profesionales y académicos en los últimos años. En este artículo, dado que las tecnologías de la Industria 4.0 aún no han sido implementadas al mismo nivel que las tecnologías de la información de uso general, se analizan de manera separada para entender su relación con la internacionalización y el rendimiento empresarial. A través de una encuesta a 168 empresas en la ciudad de Bogotá, Colombia, se realizaron diferentes análisis de regresión de acuerdo con un modelo de investigación propuesto para estimar los efectos de las variables determinadas. Se hizo evidente que las empresas con mayor uso de TI presentan un mayor grado de internacionalización. Asimismo, el modelo propuesto demuestra la relación directa entre el uso de TI y las tecnologías de la Industria 4.0 con el rendimiento empresarial. Para el análisis estadístico se utilizó el software R studio.