Revista Facultad de Ingeniería

Fault and load flows analysis of electricity transmission and distribution system in Casanare (Colombia)

Abstract This article describes a simulation of the electrical local distribution and regional transmission system of Enerca S.A. E.S.P. at 34.5 kV and 115 kV, identifying the most critical circuits and substations. The company is located in one of the major petroleum production areas in Colombia, and because of a massive growth in this sector, the electrical company expanded its networks in a radial way. This expansion was improvised and poorly planned due to the accelerated need to meet the new demand, which resulted in stability, balance, voltage regulation, and system reliability problems. Load flow and fault analyses were carried out based on current load and demand predictions in the short and medium term. Twelve proposals were made for network and substation modernization that once implemented will significantly improve the service reliability.

Resumen Presenta la simulación del sistema eléctrico de distribución local y transmisión regional de Enerca S.A. E.S.P. en los niveles de 34.5 kV y 115 kV, encontrando las subestaciones y circuitos más críticos. La empresa está ubicada en una de las zonas de mayor producción de petróleo en Colombia y, debido al enorme crecimiento de la explotación del crudo, amplió sus redes de forma radial, imprevista y no planeada, dada la acelerada necesidad de atender la nueva demanda, trayendo como consecuencia problemas de estabilidad, de desbalance, de regulación de tensión y de confiabilidad del sistema. Se realizaron flujos de carga y análisis de fallas con la mayor carga que actualmente atiende la empresa y con base en la proyección de la demanda a corto y mediano plazo, planteando doce propuestas para la modernización de sus redes y subestaciones que, una vez sean implementadas, mejorarán considerablemente la confiabilidad.

Resumo Apresenta a simulação do sistema elétrico de distribuição local e transmissão regional de Enerca S.A. E.S.P. nos níveis de 34.5 kV e 115 kV, encontrando as subestações e circuitos mais críticos. A empresa está localizada em uma das zonas de maior produção de petróleo na Colômbia e, devido ao enorme crescimento da exploração do cru, ampliou suas redes de forma radial, imprevista e não planejada, dada a acelerada necessidade de atender a nova demanda, trazendo como consequência problemas de estabilidade, de desequilíbrio, de regulação de tensão e de confiabilidade do sistema. Realizaram-se fluxos de carga e análise de falhas com a maior carga que atualmente atende a empresa e com base na projeção da demanda a curto e médio prazo, planteando doze propostas para a modernização de suas redes e subestações que, uma vez sejam implementadas, melhorarão consideravelmente a confiabilidade.

Supply chain optimization with variable demand by considering financial criteria and scenarios

Abstract This paper contemplates the supply chain design problem of a large-scale company by considering the maximization of the Net Present Value. In particular, the variability of the demand for each type of product at each customer zone has been estimated. As starting point, this paper considers an established supply chain for which the main problem is to determine the decisions regarding expansion of distribution centers. The problem is solved by using a mixed-integer linear programming model, which optimizes the different demand scenarios. The proposed methodology uses a scheme of optimization based on the generation of multiple demand scenarios of the supply network. The model is based on a real case taken from a multinational food company, which supplies to the Colombian and some international markets. The obtained results were compared with the equivalent present costs minimization scheme of the supply network, and showed the importance and efficiency of the proposed approach as an alternative for the supply chain design with stochastic parameters.

Resumen Aborda el problema del diseño de una red de distribución de productos de consumo masivo considerando la maximización del valor presente neto. En particular, se estimó la variabilidad de la demanda para cada tipo de producto en cada zona de consumo. Se partió de un diseño establecido de red, en el cual la problemática central radica en la determinación de la apertura de centros de distribución. El problema se solucionó utilizando un modelo matemático de programación lineal entera mixta que optimiza los diferentes escenarios de demanda. La metodología propuesta usa un esquema de optimización basado en la generación de múltiples escenarios de demanda de la red de distribución. El modelo está basado en el caso de una compañía multinacional de alimentos que abastece el territorio colombiano y varios mercados internacionales. Los resultados obtenidos se han comparado con el esquema de minimización del costo presente equivalente de la red; estos reflejan la importancia y eficiencia de la metodología propuesta como alternativa para el diseño de redes de distribución con parámetros estocásticos.

Resumo Aborda o problema do desenho de uma rede de distribuição de produtos de consumo massivo considerando a maximização do valor presente líquido. Em particular, estimou-se a variabilidade da demanda para cada tipo de produto em cada zona de consumo. Partiu-se de um desenho estabelecido de rede, no qual a problemática central radica na determinação da abertura de centros de distribuição. O problema solucionou-se utilizando um modelo matemático de programação lineal inteira mista que otimiza os diferentes cenários de demanda. A metodologia proposta usa um esquema de otimização baseado na geração de múltiplos cenários de demanda da rede de distribuição. O modelo está baseado no caso de uma companhia multinacional de alimentos que abastece o território colombiano e vários mercados internacionais. Os resultados obtidos têm-se comparado com o esquema de minimização do custo presente equivalente da rede; estes refletem a importância e a eficiência da metodologia proposta como alternativa para o desenho de redes de distribuição com parâmetros estocásticos.

Use of thermal mater as a natural coagulant for domestic wastewater sustainable treatment

Abstract In the last several years, the interest on domestic wastewater treatment has increased due to the rise of water consumption resulted from the world population growth. The excessive use of inorganic coagulants, such as aluminum sulphate, in domestic wastewater treatment processes contributes to generate high negative environmental impacts and risks to living organisms. Besides its low biodegradability, as aluminum sulphate increases metal content in discharged effluents rises, generating toxic sludge. Therefore, searching for clean and sustainable processes for domestic wastewater treatment is important in order to reduce the pollutant discharges into fresh water bodies. In this paper, the potential use of thermal water as a natural coagulant for the domestic wastewater treatment from Manizales city (department of Caldas, Colombia), was studied. The effect of coagulant dose was analyzed and compared with the results of the conventional coagulants. Applying different doses of coagulants in domestic wastewater showed that the best coagulation activity was achieved by adding 35 ml/l of thermal water, and 140 mg/l of aluminum sulphate. In both cases, high turbidity removal efficiency (98.1 %) was achieved. The removal efficiency of Chemical Oxygen Demand (COD) using aluminum sulphate was 81.5 %, and using thermal water was 75.4 %. In conclusion, thermal water has positive coagulation properties; therefore, it is a promising alternative to aluminum sulphate as a natural coagulant on the treatment of domestic wastewater.

Resumen El consumo del agua y, por ende, la cantidad de agua residual producida, ha venido aumentado, proporcionalmente, con el crecimiento de la población. El excesivo uso de coagulantes inorgánicos, como el sulfato de aluminio, en los procesos de tratamiento de agua residual doméstica, contribuye a generar altos impactos negativos y riesgos para los organismos vivos; además, estos tienen baja biodegradabilidad, incrementan el contenido de metales en los efluentes y generan lodos tóxicos. En consecuencia, la búsqueda de procesos limpios y sostenibles para el tratamiento de aguas residuales domésticas se ha incrementado en los últimos años, como alternativa para reducir los contaminantes que son vertidos en aguas superficiales. En este trabajo se estudió el potencial uso del agua termal como coagulante natural para el tratamiento del agua residual doméstica de la ciudad de Manizales (departamento de Caldas, Colombia). El efecto de la dosis de agua termal como coagulante fue analizado y comparado con los resultados obtenidos en las mismas condiciones con el coagulante convencional (sulfato de aluminio). Se encontró una dosis óptima igual a 140 mg/l para sulfato de aluminio y de 35 ml/l para el agua termal, obteniendo porcentajes de remoción de turbiedad de 98,1 % en ambos coagulantes. Finalmente, se encontró que el agua termal es una alternativa técnica que podría reemplazar el sulfato de aluminio, como coagulante natural para el tratamiento de agua residual doméstica, siendo un coagulante versátil para la eliminación de los principales contaminantes, como sólidos y materia orgánica que pueden obstaculizar el rendimiento de los procesos biológicos posteriores.

Resumo O consumo de água e, consequentemente, a quantidade de água residual produzida, tem aumentado, proporcionalmente, com o crescimento da população. O excessivo uso de coagulantes inorgânicos, como o sulfato de alumínio, nos processos de tratamento de água residual doméstica, contribui para gerar altos impactos negativos e riscos para os organismos vivos; além disso, estes coagulantes têm baixa biodegradabilidade, incrementam o conteúdo de metais nos efluentes e geram lodos tóxicos. Em consequência, a busca de processos limpos e sustentáveis para o tratamento de águas residuais domésticas tem-se incrementado nos últimos anos, como alternativa para reduzir os contaminantes que são vertidos em águas superficiais. Neste trabalho estudou-se o potencial uso de água termal como coagulante natural para o tratamento de água residual doméstica da cidade de Manizales (Estado de Caldas, Colômbia). O efeito da dose de água termal como coagulante foi analisado e comparado com os resultados obtidos nas mesmas condições com o coagulante convencional (sulfato de alumínio). Encontrou-se uma dose ótima igual a 140 mg/l para sulfato de alumínio e de 35 ml/l para a água termal, obtendo porcentagens de remoção de turbidez de 98,1 % em ambos coagulantes. Finalmente, concluiu-se que a água termal é uma alternativa técnica que poderia substituir o sulfato de alumínio, como coagulante natural para o tratamento de água residual doméstica, sendo um coagulante versátil para a eliminação dos principais contaminantes, como sólidos e matéria orgânica que podem obstaculizar o rendimento dos processos biológicos posteriores.

Detection of lies by Facial thermal imagery analysis

Abstract An artificial vision system is presented for lie detection by analyzing face thermal image sequences. This system represents an alternative technique to the polygraph. Some of its features are: 1) it has no physical contact with the examinee, 2) it is non-intrusive, 3) it has a potential for private use, and 4) it can simultaneously analyze several persons. The proposed system is based on the detection of physiological changes in temperature in the lacrimal puncta area caused by the subtle increase in blood flow through the nearby vascular network. These changes take place when anxiety appears as a consequence of deception. Thus, the system segments the periorbital area, and tracks consecutive frames using the Kanade-Lucas-Tomasi algorithm. The results show a success rate of 79.2 % in detecting lies using a simple classification based on the comparison between the estimated temperatures in control questions, and the rest of the interrogation procedure. The performance of this system is comparable with previous works, where cameras with better specifications were used.

Resumen Se presenta un sistema de visión artificial para la detección de mentiras por medio del análisis de secuencias de imágenes térmicas del rostro, como mecanismo alternativo al polígrafo, al presentar características de no-contacto, no-intrusión, la posibilidad futura de utilización reservada, así como de análisis a múltiples personas simultáneamente. El sistema se basa en la detección de los cambios fisiológicos de temperatura en la zona de los lagrimales causados por el incremento sutil del flujo sanguíneo a través de la red vascular cercana. Los resultados obtenidos alcanzan el 79.2 % de acierto en la detección de mentiras, utilizando segmentación de la zona periorbital, seguimiento entre tramas consecutivas mediante el algoritmo de Kanade-Lucas-Tomasi, y una clasificación sencilla basada en la comparación entre las temperaturas estimadas durante las preguntas de control y el resto del interrogatorio. El desempeño del sistema es comparable con resultados obtenidos en trabajos donde se emplean cámaras de mejores prestaciones que la utilizada en la experimentación.

Resumo Apresenta-se um sistema de visão artificial para a detecção de mentiras por meio da análise de sequências de imagens térmicas do rosto, como mecanismo alternativo ao polígrafo, ao apresentar características de não-contato, não-intrusão, a possibilidade futura de utilização reservada, assim como de análise a múltiplas pessoas simultaneamente. O sistema baseia-se na detecção das mudanças fisiológicas de temperatura na zona dos lacrimais causados pelo incremento sutil do fluxo sanguíneo através da rede vascular próxima. Os resultados obtidos alcançam 79,2 % de acerto na detecção de mentiras, utilizando segmentação da zona periorbital, seguimento entre tramas consecutivas mediante o algoritmo de Kanade-Lucas-Tomasi, e uma classificação simples baseada na comparação entre as temperaturas estimadas durante as perguntas de controle e o resto do interrogatório. O desempenho do sistema é comparável com resultados obtidos em trabalhos onde são empregadas câmaras de melhor qualidade do que a utilizada na experimentação.

Characterization of copper smelter slag and recovery of residual metals from these residues

Abstract The pyrometallurgical copper extraction process generates 2.2 t of residues for each ton of produced metal. Initially, this paper shows the physical and chemical characterization of a copper processing residue, followed by the procedure to obtain the gold and silver that are contained in the copper residue. The characterization of a white metal oxidized calcine indicates a high content of copper as cupric ferrite, and important values of gold and silver. Gold and silver concentrations were 38.5 g t-1 and 1085 g t-1, respectively. The gold was found scattered in cupric ferrite grains, while the silver was dissolved in a matrix of Cu-S in amounts between 1 % and 50 %. Cyanidation tests showed that 95 % gold recovery could be obtained with a concentration of 0.06 g 1-1 KCN, a pH of 10.5, room temperature, and a residence time of 80 h. When the temperature was increased to 75 °C, and the other cyanidation parameters were maintained intact, the same recovery was obtained but with a shorter residence time. Silver recovery was less than 30 % with a concentration of 1.2 g 1-1 KCN, pH of 10.5, temperature of 45 °C, and a residence time longer than 72 h.

Resumen En los procesos pirometalúrgicos de extracción de cobre se estima que se generan 2.2 toneladas de escorias por tonelada de metal producido. Este artículo muestra, en su primera parte, una caracterización física y química de un residuo proveniente de la industria del cobre, y a continuación presenta un procedimiento para la recuperación de oro y plata contenidos en dicho residuo. La caracterización de una calcina oxidada de metal blanco de cobre presentó un alto contenido de cobre en forma de ferrita cúprica, y valores importantes de oro y plata de 38.5 g t-1 y 1085 g t-1, respectivamente. El oro en el residuo se encuentra liberado en granos de ferrita cúprica, y la plata se encontró disuelta en una matriz de Cu-S entre 1 % y 50 %. Una recuperación del 95 % de oro se obtuvo para una concentración de KCN de 0.06g 1-1, pH de 10.5 y temperatura ambiente por un tiempo de 80 h, pero con un aumento en la temperatura de hasta 75 °C se obtuvo una recuperación igual en 6 h. La plata contenida en el residuo se recuperó en forma parcial (<30 %), con una concentración de KCN de 1.2 g 1-1, pH de 10.5, temperatura de 45 °C y un tiempo superior a 72 h.

Resumo Nos processos pirometalúrgicos de extração de cobre estima-se que se geram 2.2 toneladas de escórias por tonelada de metal produzido. Este artigo mostra, em sua primeira parte, uma caracterização física e química de um resíduo proveniente da indústria do cobre, e a continuação apresenta um procedimento para a recuperação de ouro e prata contidos em dito resíduo. A caracterização de uma calcina oxidada de metal branco de cobre apresentou um alto conteúdo de cobre em forma de ferrita cúprica, e valores importantes de ouro e prata de 38.5 g t-1 e 1085 g t-1, respectivamente. O ouro no resíduo encontra-se liberado em grãos de ferrita cúprica, e a prata encontrou-se dissolvida em uma matriz de Cu-S entre 1 % e 50 %. Uma recuperação de 95 % de ouro obteve-se para uma concentração de KCN de 0.06g 1-1, pH de 10.5 e temperatura ambiente por um tempo de 80 h, mas com um aumento na temperatura de até 75 °C obteve-se uma recuperação igual em 6 h. A prata contida no resíduo recuperou-se em forma parcial (<30 %), com uma concentração de KCN de 1.2 g 1-1, pH de 10.5, temperatura de 45 °C e um tempo superior a 72 h.

Warehousing and transportation logistics of mango in Colombia: A system dynamics model

Abstract This paper evaluates the incidence of packing asymmetries, resulted from the use of heterogeneous packaging materials by different mango supply chain actors in Colombia, on performance measures of inventory, transportation, and quality. A system dynamics model was proposed based on the literature review on inventory and transportation logistics, the studies on asymmetries in supply chain, packing, and packaging, and the results of the characterization of the fruit chain logistics in various departments of Colombia from 2012 to 2013. We used the proposed model to test the following hypothesis: "The asymmetry in the packaging, derived from the actors' individual management, creates inefficiencies that may be avoid if the packaging of the fruit is done thinking on the chain". The developed simulation model allowed us to prove the proposed dynamic hypothesis. Forrester's model includes four echelons for the supply chain: production, processing, wholesale, and retail, as well as warehousing, transportation and information.

Resumen El artículo evalúa las incidencias de las asimetrías derivadas del manejo de diversos tipos de embalaje (material y tamaño heterogéneo) por los diferentes agentes de la cadena de suministro de mango en Colombia, en las medidas de desempeño de inventarios, transporte y calidad. A partir de la revisión de la literatura sobre logística de inventarios y transporte y sobre asimetrías en las cadenas alimentarias y en el empaque-embalaje de la cadena de frutas, y de una caracterización de la logística de la cadena de suministro de frutas en varios departamentos de Colombia, durante 2012-2013, se elabora un modelo en dinámica de sistemas que permite evaluar la hipótesis: "La asimetría en el embalaje, derivada de la gestión individual de sus actores, genera ineficiencias que son evitables si estos embalaran pensando en la cadena". El modelo de simulación desarrollado permitió comprobar la hipótesis dinámica planteada. El modelo de Forrester diseñado incluye cuatro eslabones de la cadena de suministro: producción, transformación, mayoristas y minoristas, así como almacenes, transporte e información.

Resumo O artigo avalia as incidências das assimetrias derivadas do manejo de diversos tipos de embalagem (material e tamanho heterogêneo) pelos diferentes agentes da cadeia de fornecimento de manga na Colômbia, nas medidas de desempenho de inventários, transporte e qualidade. A partir da revisão da literatura sobre logística de inventários e transporte e sobre assimetrias nas cadeias alimentares e no embalagem-empacotamento da cadeia de frutas, e de uma caracterização da logística da cadeia de fornecimento de frutas em vários Estados da Colômbia, durante 2012-2013, elabora-se um modelo em dinâmica de sistemas que permite avaliar a hipótese: "A assimetria no empacotamento, derivada da gestão individual de seus atores, gera ineficiências que são evitáveis se estes embalaram pensando na cadeia". O modelo de simulação desenvolvido permitiu comprovar a hipótese dinâmica planteada. O modelo de Forrester desenhado inclui quatro elos da cadeia de fornecimento: produção, transformação, atacadistas e varejistas, assim como depósitos, transporte e informação.

Traffic model for the interconnection of networks and operators using MPLS-TE

Abstract In this paper, the main features of MPLS Traffic Engineering are presented to illustrate how telecommunication service providers use them to create interconnections between each other in order to offer telecom services satisfying QoS commitments. Based on previous traffic models, a new model, which deals with traffic queue balancing for different Classes of Service, and for a provider using another providers network is presented. The model output shows that carrying another operator's traffic may increase delays in an undesirable manner, forcing the carrier to increase the serving rate of LSRs until Utilization is below 60 %. In order to validate the model, a number of network scenarios are implemented in the Wolfram Mathematica 10.1 Study Version, based on study case configurations of an MPLS network. The total global model is useful for future implementation of test-beds of interconnected providers under an MPLS environment.

Resumen Se presentan las principales características de Ingeniería de Tráfico para MPLS, con el fin de mostrar cómo los operadores de telecomunicaciones las usan para ofrecer sus servicios cuando requieren interconectarse, cumpliendo con condiciones de Calidad del Servicio. Este trabajo parte de modelos de tráfico previos para proponer uno nuevo, que haga el balanceo de colas para diferentes Clases de Servicios de un proveedor que está usando la red de otro proveedor. Al final se demuestra que el transporte de tráfico de un segundo operador puede incrementar retardos de forma indeseable, forzando al primer proveedor a incrementar la tasa de servicio de los LSR hasta alcanzar una utilización menor al 60 %. Para validar el modelo son implementados algunos escenarios en Wolfram Mathematica 10.1 Study Version, escenarios que están basados en las configuraciones hechas en un caso de estudio. El modelo global es útil para futuras implementaciones en bancos de pruebas para la interconexión de operadores en ambientes MPLS.

Resumo Apresentam-se as principais características de Engenharia de Tráfego para MPLS, com o fim de mostrar como os operadores de telecomunicações as usam para oferecer seus serviços quando requerem interconectar-se, cumprindo com condições de Qualidade do Serviço. Este trabalho parte de modelos de tráfego prévios para propor um novo, que faça o balanceamento de filas para diferentes Classes de Serviços de um provedor que está usando a rede de outro provedor. No final demonstra-se que o transporte de tráfego de um segundo operador pode incrementar retardos de forma indesejável, forçando o primeiro provedor incrementar a taxa de serviço dos LSR até alcançar uma utilização menor a 60 %. Para validar o modelo são implementados alguns cenários em Wolfram Mathematica 10.1 Study Version, cenários que estão baseados nas configurações feitas em um caso de estudo. O modelo global é útil para futuras implementações em bancos de provas para a interconexão de operadores em ambientes MPLS.

Computational simulation of concentration by osmotic evaporation of passion fruit juice (Passiflora edullis)

Abstract This study aimed at implementing a comprehensive strategy for the multiphysics simulation of the osmotic evaporation process applied in the concentration of passion fruit juice. The phenomena of mass and momentum transfer were analyzed in Comsol® and Matlab®, using a two-dimensional axial geometry as a simplification of the membrane module. Computer simulations were validated through comparisons with experimental data obtained from osmotic evaporation of passion fruit juice previously ultrafiltrated. The juice was concentrated to 52.25 ± 0.36 (°Brix) of soluble solids, reaching a final flux of 0.63 (kg/m2h) after 6 hours. The concentrate retained the organoleptic and physicochemical quality characteristics of the original juice when it was reconstituted in water. The models and simulations developed can be used to describe, analyze, and efficiently improve the osmotic evaporation process applied to the concentration of juices.

Resumen El objetivo de este estudio fue aplicar una estrategia integral para la simulación multifísica del proceso de evaporación osmótica aplicada en la concentración del jugo de maracuyá. Los fenómenos de transferencia de masa y momento fueron implementados en Comsol® y Matlab®, usando una geometría axial en dos dimensiones como simplificación del módulo de membranas, y las simulaciones computacionales fueron validadas por comparación con datos experimentales obtenidos de la evaporación osmótica de jugo de maracuyá previamente ultrafiltrado. El jugo fue concentrado hasta 52.25 ± 0.36 (°Brix) de sólidos solubles, alcanzando un flux final de 0.63 (kg/m2h) después de 6 horas. El concentrado conservó las características de calidad organolépticas y fisicoquímicas del jugo original al ser reconstituido en agua. Se comprobó que los modelos y las simulaciones desarrollados pueden ser usados para describir, analizar y mejorar de forma más rápida y eficiente el proceso de evaporación osmótica aplicado a la concentración de jugos.

Resumo O objetivo deste estudo foi aplicar uma estratégia integral para a simulação multifísica do processo de evaporação osmótica aplicada na concentração do suco de maracujá. Os fenômenos de transferência de massa e momento foram implementados em Comsol® e Matlab®, usando uma geometria axial em duas dimensões como simplificação do módulo de membranas, e as simulações computacionais foram validadas por comparação com dados experimentais obtidos da evaporação osmótica de suco de maracujá previamente ultrafiltrado. O suco foi concentrado até 52.25 ± 0.36 (°Brix) de sólidos solúveis, alcançando um fluxo final de 0.63 (kg/m2h) depois de 6 horas. O concentrado conservou as características de qualidade organolépticas e fisicoquímicas do suco original ao ser reconstituído em água. Comprovou-se que os modelos e as simulações que foram desenvolvidos podem ser usados para descrever, analisar e melhorar de forma mais rápida e eficiente o processo de evaporação osmótica aplicado à concentração de sucos.

A memetic algorithm for minimizing the makespan in the Job Shop Scheduling problem

Abstract The Job Shop Scheduling Problem (JSP) is a combinatorial optimization problem cataloged as type NP-Hard. To solve this problem, several heuristics and metaheuristics have been used. In order to minimize the makespan, we propose a Memetic Algorithm (MA), which combines the exploration of the search space by a Genetic Algorithm (GA), and the exploitation of the solutions using a local search based on the neighborhood structure of Nowicki and Smutnicki. The genetic strategy uses an operation-based representation that allows generating feasible schedules, and a selection probability of the best individuals that are crossed using the JOX operator. The results of the implementation show that the algorithm is competitive with other approaches proposed in the literature.

Resumen El Job Shop Scheduling Problem (JSP) es un problema de optimización combinatoria catalogado de tipo NP-Hard. Para dar solución a este problema han sido utilizados diversos métodos heurísticos y metaheurísticos. Con el objetivo de minimizar el makespan se propone un algoritmo memético (MA) que combina la exploración del espacio de búsqueda mediante un algoritmo genético (GA) y la explotación de las soluciones, usando una búsqueda local basada en la estructura de vecindario de Nowicki y Smutnicki. La estrategia genética usa una representación basada en operaciones que le permite generar programas factibles y una probabilidad de selección de los mejores individuos que son cruzados usando el operador JOX. Los resultados obtenidos en la ejecución demuestran que el algoritmo es competitivo frente a otros enfoques propuestos en la literatura.

Resumo O Job Shop Scheduling Problem (JSP) é um problema de otimização combinatória catalogado de tipo NP-Hard. Para dar solução a este problema têm sido utilizados diversos métodos heurísticos e metaheurísticos. Com o objetivo de minimizar o makespan propõe-se um algoritmo memético (MA) que combina a exploração do espaço de procura mediante um algoritmo genético (GA) e a exploração das soluções, usando uma busca local baseada na estrutura de vizinhança de Nowicki e Smutnicki. A estratégia genética usa uma representação baseada em operações que permite gerar programas factíveis e uma probabilidade de seleção dos melhores indivíduos que são cruzados usando o operador JOX. Os resultados obtidos na execução demonstram que o algoritmo é competitivo frente a outros enfoques propostos na literatura.

Spin Coating technique for obtaining nanometric thin films in the system La_0.7Sr₀.₃MnO₃

Abstract Manganite in the La0.7Sr0.3MnO3 system is of great interest due to its potential application in fuel cells, information storage, magnetic field sensors, non-volatile memories, oxygen sensors, and catalysts in the oxidation of light hydrocarbons. Given the scientific relevance of this material, this study describes the procedure to synthesize and characterize thin films of La0.7Sr0.3MnO3. Manganites were synthesized by means of the Pechini method, and deposited on strontium titanate substrates using spin-coating. Both the crystallinity of the films and their phases were studied with X-ray diffraction (XRD), finding that the films are polycrystalline and have a simple cubic structure with a lattice constant a=3.8653 ± 0.066 Ǻ. Scanning electron microscopy (SEM) showed a uniform surface with good morphological features, and the spectrum resulted from the Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) analysis over the same film was consistent with the molar ratio of the perovskite. Samples of 2, 4, and 6 layers were synthesized, obtaining thicknesses of 75.10 ± 0.01, 75.02 ± 0.01 and 74.07 ± 0.08 nm per monolayer. The results indicate that this method is useful to synthesize films of high crystalline quality and nanometric size.

Resumen Las manganitas en el sistema La0.7Sr0.3MnO3 son de gran interés por su potencial aplicación en celdas de combustibles, almacenamiento de información, sensores de campo magnético, memorias no volátiles, sensores de oxígeno y catalizadores en la oxidación de hidrocarburos ligeros; dada la importancia científica que tiene este material, este trabajo presenta el procedimiento de síntesis y caracterización de películas delgadas de La0.7Sr0.3MnO3 Las manganitas se sintetizaron por el método de Pechini y fueron depositadas por Spin Coating en forma de películas delgadas en sustratos de titanato de estroncio. La cristalinidad de las películas y las fases presentes se estudiaron por difracción de rayos-X (DRX), encontrándose que las películas son de naturaleza policristalina y presentan estructura cúbica simple con contante de red a=3.8653 ± 0,066 Ǻ. La microscopía electrónica de barrido (SEM) muestra una superficie uniforme con buenas características morfológicas, y el espectro EDS medido sobre la misma película mostró consistencia con la relación molar de la perovskita. Se sintetizaron muestras de 2, 4 y 6 capas, obteniendo espesores de 75,10 ± 0,01, 75,02 ± 0,01 y 74,07 ± 0,08 nm por monocapa. Los resultados indican que con este método es posible sintetizar películas de alta calidad cristalina y de tamaño manométrico.

Resumo Os manganitos no sistema La0.7Sr0.3MnO3 são de grande interesse por sua potencial aplicação em células de combustível, armazenamento de informação, sensores de campo magnético, memórias não voláteis, sensores de oxigênio e catalizadores na oxidação de hidrocarbonetos leves; dada a importância científica que tem este material, este trabalho apresenta o procedimento de síntese e caracterização de películas finas de La0.7Sr0.3MnO3 Os manganitos foram sintetizados pelo método de Pechini e depositados por Spin Coating em forma de películas finas em substratos de titanato de estroncio. A cristalinidade das películas e das fases presentes estudaram-se por difração de raios-X (DRX), encontrando-se que as películas são de natureza policristalina e apresentam estrutura cúbica simples com constante de rede a=3.8653 ± 0,066 Ǻ. A microscopia eletrônica de varredura (SEM) mostra uma superfície uniforme com boas características morfológicas, e o espectro EDS medido sobre a mesma película mostrou consistência com a relação molar da perovskita. Sintetizaram-se amostras de 2, 4 e 6 camadas, obtendo-se espessuras de 75,10 ± 0,01, 75,02 ± 0,01 e 74,07 ± 0,08 nm por monocamada. Os resultados indicam que com este método é possível sintetizar películas de alta qualidade cristalina e de tamanho nanométrico.

Synthetic fuel production from shredded scrap waste

Abstract This technological innovation project involved material identification, and design, installation, implementation, and evaluation of a pilot plant with capacity of 10 t per batch to recover materials and produce synthetic fuels (oil, syngas and solid) from shredded scrap waste. The results showed the proper way to separate materials (metals, and organic and inert compounds), and to perform the pyrolysis process to produce gas, oil, and coke as synthetic fuels from organic waste. The process started with the physicochemical characterization of the waste, followed by the selection of separation, sorting and processing technologies, and the definition of pyrolysis process parameters. Finally, the synthetic fuels were characterized, and uses for the furnace billet, ladle preheating, internal combustion engines, and auto generation were suggested. The results showed 82 % recovery of magnetic and non-magnetic metals, and production of synthetic fuels with PCI between 20 650 and 36 900 kJ/kg.

Resumen Presenta los resultados de un proyecto de innovación tecnológica que consistió en identificar materiales y diseñar, montar, poner en marcha y evaluar una planta piloto, con capacidad de 10 toneladas por lote, para recuperar materiales de los residuos del proceso de fragmentación de chatarra y producir combustibles sintéticos líquidos, sólidos y gaseosos a partir de ellos. Los resultados indican la forma adecuada de separar los materiales (metales y compuestos orgánicos e inertes) y de desarrollar el proceso de pirólisis para producir gas, aceite y coque sintéticos como combustibles a partir de los residuos. Se parte de la caracterización físico-química de los residuos; luego, se seleccionan las tecnologías de separación, clasificación y procesamiento, y se definen los parámetros del proceso de pirólisis; finalmente, se realiza la caracterización de los combustibles sintéticos y se sugieren usos para su empleo en el horno de palanquilla, en el precalentamiento de cucharas, en motores de combustión interna y en la autogeneración de electricidad. Los resultados indican la recuperación del 82 % de los metales magnéticos y no magnéticos y la obtención de combustibles sintéticos con PCI entre 20.650 y 36.900 kJ/kg.

Resumo Apresenta os resultados de um projeto de inovação tecnológica que consistiu em identificar materiais e desenhar, montar, pôr em marcha e avaliar uma planta piloto, com capacidade de 10 toneladas por lote, para recuperar materiais dos resíduos do processo de fragmentação de sucata e produzir combustíveis sintéticos líquidos, sólidos e gasosos a partir dos mesmos. Os resultados indicam a forma adequada de separar os materiais (metais e compostos orgânicos e inertes) e de desenvolver o processo de pirólise para produzir gás, azeite e coque sintéticos como combustíveis a partir dos resíduos. Parte-se da caracterização físico-química dos resíduos; depois, selecionam-se as tecnologias de separação, classificação e processamento, e definem-se os parâmetros do processo de pirólise; finalmente, realiza-se a caracterização dos combustíveis sintéticos e sugerem-se usos para sua utilização no forno de tarugos, no preaquecimento de panelas, em motores de combustão interna e na autogeração de eletricidade. Os resultados indicam a recuperação de 82 % dos metais magnéticos e não magnéticos e a obtenção de combustíveis sintéticos com PCI entre 20.650 e 36.900 kJ/kg.

A software pilot application to calculate the parameters involved in subsidiaries interconnection based on FSO technology

Abstract Free Space Optics (FSO) technology transmits information using free space optical signals similar to those that travel through optical fibers. The capacity of FSO to connect buildings close together is covered in this paper. Four optical wireless links between three buildings of a fictitious company, considering a building that obstructs the sight line between two of them, are designed here. As part of the design process, several issues such as distance between the equipment, weather conditions, some features of the FSO equipment, and system losses were addressed; moreover, an application that performs the calculations and displays the results of the most important aspects in the design was implemented. The importance of such links is given by their flexibility, low implementation costs, mobility, rapid deployment, high throughput, great bandwidth, reliability, and high security level due to their operating principles, among others; therefore, this type of links are an ideal option to implement a backbone for the proposed network.

Resumen La Tecnología Free Space Optics (FSO) transmite información por el espacio libre, utilizando señales ópticas similares a las que viajan a través de las fibras ópticas. Las FSO permiten conectar edificios cercanos entre sí, como se aborda en el presente artículo. Se presenta aquí el diseño de cuatro enlaces inalámbricos ópticos entre tres edificaciones de una empresa ficticia, contemplando un edificio que obstaculiza la línea de visión entre dos de ellas; dentro del proceso de diseño se consideraron varios aspectos, como la distancia entre los equipos, las condiciones climáticas, algunas características propias de los equipos de FSO y las pérdidas producidas en el sistema; además, se implementó una aplicación que efectúa dichos cálculos y muestra los resultados de los aspectos más importantes en el diseño; la importancia de este tipo de enlaces radica en su flexibilidad, sus bajos costos de implementación, su movilidad, su rápido despliegue, la alta tasa de transferencia, el gran ancho de banda que maneja, la confiabilidad y el alto índice de seguridad, debido a sus principios de funcionamiento, entre otros, que hacen de ellos una opción ideal para implementar un backbone para la red propuesta.

Resumo A Tecnologia Free Space Optics (FSO) transmite informação pelo espaço livre, utilizando sinais óticos similares às que viajam através das fibras óticas. As FSO permitem conectar edifícios próximos entre si, como é abordado no presente artigo. Apresenta-se aqui o desenho de quatro conexões sem fio óticas entre três edificações de uma empresa fictícia, contemplando um edifício que obstaculiza a linha de visão entre duas delas; dentro do processo de desenho consideraram-se vários aspectos, como a distância entre os equipamentos, as condições climáticas, algumas características próprias dos equipamentos de FSO e as perdas produzidas no sistema; além disso, implementou-se uma aplicação que efetua tais cálculos e mostra os resultados dos aspectos mais importantes no desenho; a importância deste tipo de conexões radica em sua flexibilidade, seus baixos custos de implementação, sua mobilidade, seu rápido desdobramento, a alta taxa de transferência, a grande largura de banda que maneja, a confiabilidade e o alto índice de segurança, devido aos seus princípios de funcionamento, entre outros, que fazem deles uma opção ideal para implementar um backbone para a rede proposta.

Best practices of interoperability among heterogeneous software systems: a Semat-based representation

Abstract Interoperability among heterogeneous software systems is a software quality sub-characteristic. Some methods for dealing with interoperability exhibit differences in aspects like generality, development method, and work products, among others. However, some authors understand interoperability as a non-functional requirement with general-purpose practices for identifying and specifying such requirement. Other authors assess and achieve interoperability by using work products falling beyond defined practices. Consequently, in this paper we propose four best practices in order to accomplish interoperability among heterogeneous software systems. Our best practices are represented with the Semat (Software Engineering Method and Theory) kernel, since it includes a language with simple and precise elements. Definition of interoperability best practices enables unification of the effort focused on software systems interoperability.

Resumen La interoperabilidad entre sistemas de software heterogéneos es una subcaracterística de la calidad del software; existen varios métodos que la abordan, los cuales se diferencia en aspectos como la generalidad, la metodología de desarrollo y los productos de trabajo, entre otros; sin embargo, en algunos de estos métodos la interoperabilidad se maneja como un requisito no funcional que se identifica y se especifica mediante prácticas generales. En otras propuestas la interoperabilidad se evalúa y se alcanza mediante la elaboración de productos de trabajo que no se enmarcan en prácticas definidas. En este artículo se proponen cuatro buenas prácticas para abordar la interoperabilidad de sistemas de software heterogéneos, las cuales se representan mediante los elementos del núcleo de Semat (Teoría y Método de la Ingeniería de Software), que proporciona un lenguaje con elementos claros y sencillos. La definición de buenas prácticas de interoperabilidad permite unificar los esfuerzos enfocados en el logro de la interoperabilidad de los sistemas de software.

Resumo A interoperabilidade entre sistemas de software heterogêneos é una subcaracterística da qualidade do software; existem vários métodos que a abordam, os quais se diferenciam em aspectos como a generalidade, a metodologia de desenvolvimento e os produtos de trabalho, entre outros; porém, em alguns destes métodos a interoperabilidade administra-se como um requisito não funcional que se identifica e se especifica mediante práticas gerais. Em outras propostas a interoperabilidade avalia-se e alcança-se mediante a elaboração de produtos de trabalho que não se enquadram em práticas definidas. Neste artigo propõem-se quatro boas práticas para abordar a interoperabilidade de sistemas de software heterogêneos, as quais são representadas mediante os elementos do núcleo do Semat (Teoria e Método da Engenharia de Software), que proporciona uma linguagem com elementos claros e simples. A definição de boas práticas de interoperabilidade permite unificar os esforços focalizados na conquista da interoperabilidade dos sistemas de software.

Assessing the behavior of machine learning methods to predict the activity of antimicrobial peptides

Abstract This study demonstrates the importance of obtaining statistically stable results when using machine learning methods to predict the activity of antimicrobial peptides, due to the cost and complexity of the chemical processes involved in cases where datasets are particularly small (less than a few hundred instances). Like in other fields with similar problems, this results in large variability in the performance of predictive models, hindering any attempt to transfer them to lab practice. Rather than targeting good peak performance obtained from very particular experimental setups, as reported in related literature, we focused on characterizing the behavior of the machine learning methods, as a preliminary step to obtain reproducible results across experimental setups, and, ultimately, good performance. We propose a methodology that integrates feature learning (autoencoders) and selection methods (genetic algorithms) thorough the exhaustive use of performance metrics (permutation tests and bootstrapping), which provide stronger statistical evidence to support investment decisions with the lab resources at hand. We show evidence for the usefulness of 1) the extensive use of computational resources, and 2) adopting a wider range of metrics than those reported in the literature to assess method performance. This approach allowed us to guide our quest for finding suitable machine learning methods, and to obtain results comparable to those in the literature with strong statistical stability.

Resumen Este trabajo demuestra la importancia de obtener resultados estadísticamente estables cuando se emplean métodos de aprendizaje computacional para predecir la actividad de péptidos antimicrobianos donde, debido al costo y la complejidad de los procesos químicos, los conjuntos de datos son particularmente pequeños (menos de unos cientos de instancias). Al igual que en otros campos con problemas similares, esto produce grandes variabilidades en el rendimiento de los modelos predictivos, lo que dificulta cualquier intento por transferirlos a la práctica. Por ello, a diferencia de otros trabajos que reportan rendimientos predictivos máximos obtenidos en configuraciones experimentales muy particulares, nos enfocamos en caracterizar el comportamiento de los métodos de aprendizaje de máquina, como paso previo a obtener resultados reproducibles, estadísticamente estables y, finalmente, con una capacidad predictiva competitiva. Para este propósito se diseñó una metodología que integra el aprendizaje de características (autoencoders) y métodos de selección (algoritmos genéticos) a través del uso exhaustivo de métricas de rendimiento (test de permutaciones y bootstrapping), permitiendo obtener la evidencia estadística suficiente como para soportar la toma de decisiones de inversión con los recursos disponibles del laboratorio. En este trabajo se muestra evidencia de la utilidad de: 1) el uso extensivo de los recursos computacionales y 2) la adopción de una gama más amplia de métricas que las reportadas en la literatura para evaluar el funcionamiento de los métodos. Este enfoque permitió orientar la búsqueda de métodos de aprendizaje de máquinas adecuados y, además, se obtuvieron resultados comparables a los de la literatura con una gran estabilidad estadística.

Resumo Este trabalho demonstra a importância de obter resultados estatisticamente estáveis quando empregam-se métodos de aprendizagem computacional para predizer a atividade de peptídeos antimicrobianos onde, devido ao custo e à complexidade dos processos químicos, os conjuntos de dados são particularmente pequenos (menos de algumas centenas de instâncias). Igualmente, em outros campos com problemas similares, isto produz grandes variabilidades no rendimento dos modelos preditivos, o que dificulta qualquer intento por transferi-los à prática. Consequentemente, ao contrario de outros trabalhos que reportam rendimentos preditivos máximos obtidos em configurações experimentais muito particulares, enfocamo-nos em caracterizar o comportamento dos métodos de aprendizagem de máquina, como passo prévio para obter resultados reproduzíveis, estatisticamente estáveis e, finalmente, com uma capacidade preditiva competitiva. Para este propósito, desenhou-se uma metodologia que integra a aprendizagem de características (autoencoders) e métodos de seleção (algoritmos genéticos) através do uso exaustivo de métricas de rendimento (teste de permutações e bootstrapping), permitindo obter a evidência estatística suficiente como para suportar a tomada de decisões de inversão com os recursos disponíveis do laboratório. Neste trabalho mostra-se evidência da utilidade de: 1) o uso extensivo dos recursos computacionais e 2) a adoção de uma gama mais ampla de métricas que as reportadas na literatura para avaliar o funcionamento dos métodos. Este enfoque permitiu orientar a busca de métodos de aprendizagem de máquina adequados e, além disso, obter resultados comparáveis aos da literatura com uma grande estabilidade estatística.