TecnoLógicas

Integrating Information Visualization and Dimensionality Reduction: A pathway to Bridge the Gap between Natural and Artificial Intelligence

Concentration of Heavy Metals in Soils Under Different Tillage Systems

Resumen Los metales pesados son elementos minerales cuya acumulación en el suelo, el agua y los tejidos vegetales constituyen un riesgo para la salud pública. Enfermedades cancerígenas, renales y hepáticas están asociadas a altas concentraciones de estos elementos. De igual forma, la acumulación de metales pesados está relacionada con actividades industriales, pero también a la producción agrícola, producto del uso excesivo de agroquímicos. Para evaluar los riesgos de contaminación por metales pesados en suelos agrícolas de la localidad de Turén al noroccidente de Venezuela, se midió el contenido de Cd, Cu, Co, Zn, Fe, Mn, Ni, Ar y Se en suelos bajo dos sistemas de labranza - convencional y siembra directa - en dos posiciones fisiográficas: napa alta y napa baja, mediante fluorescencia de rayos X. Las muestras fueron tomadas a dos profundidades: 0-10 y 10-20 cm, con 9 muestras por posición dentro de cada sistema de labranza. Los resultados mostraron que el contenido de Co, Cu, Ni, Cd y Zn fue mayor en el sistema de siembra directa debido al uso prolongado de abonos fosfatados Asimismo, la mayor acumulación se observó en la napa baja, lo cual estuvo relacionado a un mayor contenido de arcilla y a la capacidad de intercambio catiónico. Finalmente, se determinó que los valores de Co, Cu y Cd estuvieron por encima de los valores máximos permitidos por las normas ambientales internacionales La acumulación de metales pesados en suelos de Turén, tanto en el sistema de labranza convencional como en el de siembra directa, son producto del uso continuo de agroquímicos, en particular de la fertilización fosfatada, por lo que se recomienda reducir el uso de agroquímicos, además de llevar cabo acciones de biorremediación para su eliminación del suelo y evitar los problemas de contaminación que a largo plazo y problemas de salud asociada a la presencia de los mismos en suelos y aguas.

Abstract Heavy metals are mineral elements whose accumulation in soils, water, and vegetal tissues constitutes a public health risk. High concentrations of these elements are associated with cancer and kidney and liver diseases. The accumulation of such metals is the consequence of industrial activities, but also agricultural production due to the excessive use of agrochemicals. Therefore, this study assessed the heavy metals contamination risk in Turen, in the northwest of Venezuela. Cd, Cu, Co, Zn, Fe, Mn, Ni, As, and Se were found in soils under two tillage systems (conventional and direct sowing) at two physiographic positions: high and low napa by X- ray fluorescence. The samples were taken at two depths, i.e., 0-10 and 10-20 cm, with nine samples per position in each tillage system. The results show that the content of Co, Cu, Ni, Cd, and Zn was higher in direct sowing due to the extended use of phosphate fertilizers. The greatest accumulation was observed at the low napa, which is associated with higher clay content and cation exchange capacity. The values of Co, Cu, and Cd were higher than the maximum allowable levels in most international environmental regulations. The accumulation of heavy metals in Turén soils, both in the conventional tillage system and in the direct sowing system, are the result of the continuous use of agrochemicals, in particular phosphate fertilization, so it is recommended to reduce the use of agrochemicals, in addition to carrying out bioremediation actions to eliminate them from the soil and avoid long-term contamination problems and health problems associated with their presence in soils and waters.

Extension of the Concept of Utopia for Rank Aggregation Problem Without Ties

Resumen El uso de los rankings y la forma de agregarlos o resumirlos ha recibido una atención creciente en diversos campos: bibliometría, búsquedas web, minería de datos, estadística, calidad educativa y biología computacional. Para el Problema de Ordenamiento Óptimo con empates fue introducido recientemente el concepto de Matriz Utópica: una solución ideal y no necesariamente factible con una calidad insuperable para las soluciones factibles del problema. Este trabajo propone una extensión de la noción de Matriz Utópica para el Problema de Agregación de Rankings en que no se permiten empates entre elementos en el ranking de salida. Más allá de la extensión que es directa, el trabajo se centra en estudiar su valor como idealización o solución súper óptima. Como el Problema de Agregación de Rankings puede resolverse de forma exacta a partir de su definición como Problema de Programación Lineal Entera, se presenta un estudio experimental donde se analiza la relación que existe entre los valores utópicos (y anti utópicos) y la solución óptima en instancias resueltas con la ayuda del software de código abierto SCIP. Entre las 47 instancias analizadas, en 19 el Valor Utópico resultó ser igual al valor óptimo (40,43 % de factibilidad) y en 18 el Valor Anti Utópico también resultó ser factible (38,00 %). Este estudio experimental demuestra la utilidad de los valores utópicos y anti utópicos para ser considerados como valores extremos en el Problema de Agregación de Rankings, pudiendo así encontrase muy rápidamente cotas superiores e inferiores para la optimización.

Abstract The use of rankings and how to aggregate or summarize them has received increasing attention in various fields: bibliometrics, web search, data mining, statistics, educational quality, and computational biology. For the Optimal Bucket Order Problem, the concept of Utopian Matrix was recently introduced: an ideal and not necessarily feasible solution with an unsurpassed quality for the feasible solutions of the problem. This work proposes an extension of the notion of Utopian Matrix to the Rank Aggregation Problem in which ties are not allowed between elements in the output ranking. Beyond the extension that is direct, the work focuses on studying its usefulness as an idealization or super optimal solution. As the Rank Aggregation Problem can be solved exactly based on its definition as an Integer Linear Programming Problem, an experimental study is presented where it is analyzed the relationship that exists between utopian (and anti utopian) values and the optimal solution in several instances solved by using the open source software SCIP. Among the 47 instances analyzed, in 19 the Utopian Value turned out to be equal to the optimal value (40.43 % feasibility) and in 18 the Anti Utopian Value also turned out to be feasible (38.00 %). This experimental study demonstrates the usefulness of utopian and anti utopian values to be considered as extreme values in the Rank Aggregation Problem, thus being able to find higher and lower bounds for optimization very quickly.

Sedimentability of Flocculent Particles in Highly Colored Low Turbidity Water Coagulated with FeCl3 + PAC Versus PAC

Resumen Las fuentes naturales con alto contenido de color y baja turbiedad, características de una fuente superficial de páramo, pueden limitar el proceso de una planta potabilizadora, ya que se genera una baja velocidad de sedimentación de los flóculos formados en el proceso de coagulación. El objetivo de este documento es presentar el resultado de la investigación realizada al comparar la sedimentación producida por la combinación de cloruro férrico (FeCl3) e hidroxicloruro de aluminio (PAC), usados como coagulante primario y auxiliar de coagulación, respectivamente, versus PAC como coagulante primario. El estudio se desarrolló a escala de laboratorio utilizando pruebas de jarras y un agua natural con las características previamente mencionadas. Para cada opción de tratamiento se determinaron las curvas de sedimentación y se ajustaron a regresiones lineales, las cuales fueron comparadas estadísticamente. Asimismo, para cada curva, se estableció la eficiencia y la turbiedad teórica para tres velocidades de sedimentación: 1.3 cm/s, 0.9 cm/s y 0.6 cm/s. Los resultados indicaron que los dos procesos eran diferentes (p=0.000) y que el uso de FeCl3+PAC genera mayores velocidades de sedimentación de las partículas floculentas y menores turbiedades residuales teóricas, lo que permite mejorar la eficiencia del proceso de sedimentación. El estudio concluyó que el uso de FeCl3 en combinación con PAC representa una mejor opción técnica en comparación con el PAC como coagulante primario, ya que además de permitir la optimización del proceso de sedimentación, podría ayudar a aumentar la filtración y reducir el consumo de agua de lavado de filtros.

Abstract Highly colored low turbidity water, which is characteristic of high mountain sources, can limit the process of water treatment plants because it generates a low sedimentation rate of the flocs formed in the coagulation process. This article compares the sedimentation produced by the combination of ferric chloride (FeCl3) and polyaluminium chloride (PAC) used as primary coagulant and coagulation auxiliary, respectively, versus PAC as primary coagulant. This study was conducted at laboratory level using jar tests and natural water with the aforementioned characteristics. The sedimentation curves of each treatment option were determined and adjusted to linear regressions, which were statistically compared. For each curve, efficiency and theoretical turbidity were determined using three sedimentation rates: 1.3 cm/s, 0.9 cm/s, and 0.6 cm/s. The results indicate that the two processes were different (p=0.000), and the use of FeCl3+PAC generated higher sedimentation rates and lower theoretical residual turbidities, which improves the efficiency of the sedimentation process. In conclusion, the use of FeCl3 in combination with PAC represents a better technical option than PAC as primary coagulant because, in addition to optimizing the sedimentation process, it could help to increase the filtration run and reduce the consumption of water for filter washing.

Modeling Cutting Forces in High-Speed Turning using Artificial Neural Networks

Abstract Cutting forces are very important variables in machining performance because they affect surface roughness, cutting tool life, and energy consumption. Reducing electrical energy consumption in manufacturing processes not only provides economic benefits to manufacturers but also improves their environmental performance. Many factors, such as cutting tool material, cutting speed, and machining time, have an impact on cutting forces and energy consumption. Recently, many studies have investigated the energy consumption of machine tools; however, only a few have examined high-speed turning of plain carbon steel. This paper seeks to analyze the effects of cutting tool materials and cutting speed on cutting forces and Specific Energy Consumption (SEC) during dry high-speed turning of AISI 1045 steel. For this purpose, cutting forces were experimentally measured and compared with estimates of predictive models developed using polynomial regression and artificial neural networks. The resulting models were evaluated based on two performance metrics: coefficient of determination and root mean square error. According to the results, the polynomial models did not reach 70 % in the representation of the variability of the data. The cutting speed and machining time associated with the highest and lowest SEC of CT5015-P10 and GC4225-P25 inserts were calculated. The lowest SEC values of these cutting tools were obtained at a medium cutting speed. Also, the SEC of the GC4225 insert was found to be higher than that of the CT5015 tool.

Resumen Las fuerzas de corte son variables muy importantes para el rendimiento del mecanizado, ya que afectan la rugosidad de la superficie, la vida útil de la herramienta de corte y el consumo de energía. La reducción del consumo de energía eléctrica de los procesos de fabricación no solo beneficia económicamente a los fabricantes, sino que también mejora su comportamiento medioambiental. Muchos factores, como el material de la herramienta de corte, la velocidad de corte y el tiempo de mecanizado, afectan la fuerza de corte y el consumo de energía de la máquina. En la actualidad, muchas investigaciones se han realizado sobre el consumo energético de las máquinas herramienta. Sin embargo, la investigación sobre torneado de acero al carbono a alta velocidad es escasa. En este trabajo se estudiaron los efectos de los materiales de las herramientas de corte y su velocidad sobre las fuerzas de corte y el consumo específico de energía en el torneado en seco de alta velocidad de acero AISI 1045. Las fuerzas de corte se determinaron experimentalmente y se compararon con las estimaciones de los modelos predictivos desarrollados mediante regresión polinomial y redes neuronales artificiales. Los modelos obtenidos fueron evaluados según métricas de desempeño como el coeficiente de determinación y la raíz del error cuadrático medio, donde los modelos polinomiales no superaron el 70% en la representación de la variabilidad de los datos. Se determinó la velocidad de corte y el tiempo de mecanizado relacionados con el mayor y menor consumo de energía de las plaquitas CT5015-P10 y GC4225-P25. Los valores más bajos de consumo de energía de estas herramientas se alcanzaron para la velocidad de corte intermedia. Además, la plaquita GC4225 presentó un mayor consumo que la herramienta CT5015.

A Web Application to Analyze Students’ Emotions and Attention

Resumen El análisis de emociones y el monitoreo del nivel de atención de los estudiantes en entornos virtuales permite a los docentes tomar acciones para mejorar los procesos de enseñanza-aprendizaje. Por esta razón, este trabajo presenta la integración de dos modelos: uno para el reconocimiento de emociones y otro para el análisis de atención, ambos con el objetivo de hacer monitoreo durante la interacción de un estudiante en entornos virtuales. Dicha integración se realiza en una plataforma web desarrollada en el entorno flask, en la que se pueden ejecutar los modelos de inteligencia artificial utilizados para la interacción. Los resultados obtenidos muestran que la plataforma podría ser utilizada por docentes como mediadores del conocimiento, para entender el comportamiento de los estudiantes en entornos virtuales tanto síncronos como asíncronos, y para tomar acciones que mejoren la experiencia de aprendizaje. Como ventaja adicional, los resultados aquí mostrados resaltan las ventajas que trae utilizar el Modelo Vista Controlador (MVC) en aplicaciones web, empleando e integrando técnicas de inteligencia artificial a través del framework Flask.

Abstract Analyzing and monitoring students’ attention level in virtual environments allows teachers to take actions to improve teaching-learning processes. This study introduces the integration of two models, one for emotion recognition and one for attention analysis, both of them aimed at monitoring the interactions of students in virtual environments. Such integration was completed on a web platform employing the Flask framework, where the artificial intelligence models used to analyze the interaction can be executed. The results obtained show that teachers, as knowledge mediators, can use the platform to understand the behavior of the students in synchronous and asynchronous virtual environments and take actions to improve learning experiences. The results also highlight the advantages of employing the Model-View-Controller (MVC) pattern in web applications, using and integrating artificial intelligence techniques through the Flask framework.

Using Wastes to Build Sheds as a Sustainable Alternative in El Prodigio (San Luis, Antioquia-Colombia)

Resumen El sector de la construcción es un pilar fundamental para la economía y el desarrollo del país. En años recientes, este ha tenido un crecimiento a gran escala, pero también ha sido uno de los sectores donde se generan más residuos sólidos, tanto ordinarios como de construcción y demolición, los cuales son dispuestos en botaderos a cielo abierto o en escombreras, con una gestión deficiente, provocando diversos problemas a la comunidad cercana y al medio ambiente. El aprovechamiento de residuos sólidos aplicados a proyectos constructivos ha sido considerado como una alternativa de sostenibilidad ambiental; por lo anterior, en esta investigación se implementaron residuos de construcción y demolición, botellas de tereftalato de polietileno (PET, por sus siglas en inglés), tierra, guadua, residuos madereros, restos de alambre y envolturas plásticas en la construcción de galpones como alternativa de mejora en comunidades rurales afectadas por la violencia en Antioquia, específicamente en el corregimiento El Prodigio del municipio de San Luis. Como resultados se determinó que la implementación de materiales alternativos en la construcción de galpones permitió la integración social y la reducción del deterioro ambiental debido al uso de 1864 kg de materias primas residuales consideradas para la comunidad como desechos, y 279 kg de materiales no residuales, donde un elemento natural como la guadua ocupó el mayor valor porcentual con 95 %, y el 5 % restante, correspondiente a materiales propios del sector de la construcción. Por lo tanto, la aplicación de la sostenibilidad dirigida al campo avícola promueve el uso de materiales alternativos en lugares donde es necesario su aprovechamiento como mejora ambiental y social; es por lo anterior que en esta investigación surge como objetivo general minimizar los residuos plásticos presentes en la parte urbana y rural de la zona de estudio.

Abstract The construction sector, fundamental for the economy and development of Colombia, has experienced an enormous growth in recent years. However, it is also one of the sectors that generate most solid wastes (ordinary, construction, and demolition wastes), which are disposed of in open or mismanaged dumps, causing various problems to nearby communities and the environment. The use of solid waste in construction projects has been considered an alternative for environmental sustainability. Consequently, in this study, construction and demolition waste, polyethylene terephthalate bottles, soil, guadua, wood waste, wire waste, and plastic wraps were used to build chicken coops in El Prodigio (San Luis, Antioquia, Colombia) as an alternative to improve the well-being of its rural communities affected by violence. As a result, it was determined that using alternative materials in the construction of chicken coops fostered social integration and reduced the environmental impact of 1864 kg of residual raw materials (usually considered waste) and 279 kg of non-residual materials. Guadua, a natural fiber, was the most commonly used material, as it composed 95 % of the constructions described here; the remaining 5 % was made of elements widely employed in the building industry. Applying sustainability principles in the poultry sector promotes the use of alternative materials in communities that need environmental and social improvements, such as the minimization of plastic waste in urban and rural areas.

Decentralized Energy Management System Based on Multi-agents to Operate Multiple Microgrids

Resumen En años recientes, las microrredes han logrado un considerable desarrollo debido a que representan una alternativa técnica para responder a contingencias en la red de distribución, como también a incrementar el nivel de generación distribuida, entre otros beneficios. Por tal motivo, el presente artículo presenta un modelo de gestión energética basado en sistemas multiagentes para microrredes que operan en modo isla. El objetivo de esta investigación es el diseño de un sistema multiagente que permita gestionar el funcionamiento de un conjunto de microrredes distribuidas en un entorno aislado, además de mantener la correcta conexión con el bus común que une todas las microrredes, el sistema multiagente debe evitar sobrecargas y descargas profundas en las baterías. La metodología implementada es de tipo empírico analítica, la simulación comienza con una revisión del estado del arte, en búsqueda de una estrategia que permita coordinar un sistema de microrredes compuesto, donde estas están conectadas al mismo sistema de distribución operando en modo isla. La simulación del sistema se realizó mediante OpenDSS-G y Python. Los resultados obtenidos sugieren que un sistema de gestión de energía descentralizado, basado en la teoría de sistemas de agentes múltiples, puede tener importantes beneficios como, por ejemplo, el carácter autónomo de las microrredes para la generación de energía en zonas no interconectadas. Finalmente, con la teoría de multiagente se pueden crear sistemas de generación distribuida más confiables debido a su capacidad autónoma de toma de decisiones, para cubrir demandas eléctricas desde microrredes vecinas y conjuntamente prevenir sobrecargas y profundas descargas en las baterías.

Abstract Microgrids have experienced a significant development in recent years because they represent a technical alternative to respond to contingencies in electrical distribution networks and increase the level of distributed generation, among other benefits. The objective of this study is to design an architecture based on multi-agent systems that can be used to manage the operating mode of a distributed microgrid system in an islanded environment. In such architecture, the correct connection of the common bus that links all the microgrids with the multi-agent system is maintained, and overloads and deep discharges in the batteries are avoided. The methodology implemented here is empirical-analytical. The simulation is based on a review of the state of the art that was conducted to find a strategy that can coordinate a composite microgrid system where the microgrids are connected to the same distribution system operating in islanded mode. The system was simulated using OpenDSS-G and Python. The results obtained suggest that a decentralized energy management system based on the theory of multi-agent systems can have important benefits; for example, the autonomous nature of microgrids for power generation in non-interconnected areas. Finally, multi-agent theory can be employed to create more reliable distributed generation systems (due to their autonomous decision-making capacity), meet the electrical demands of neighboring microgrids, and jointly prevent overcharges and deep discharges in batteries.

Comparison of Text Summarization Algorithms for Processing Editorials and News in Spanish

Resumen El lenguaje se ve afectado, no solo por las reglas gramaticales, sino también por el contexto y las diversidades socioculturales, por lo cual, el resumen automático de textos (un área de interés en el procesamiento de lenguaje natural - PLN), enfrenta desafíos como la identificación de fragmentos importantes según el contexto y el tipo de texto analizado. Trabajos anteriores describen diferentes métodos de resúmenes automáticos, sin embargo, no existen estudios sobre su efectividad en contextos específicos y tampoco en textos en español. En este artículo se presenta la comparación de tres algoritmos de resumen automático usando noticias y editoriales en español. Los tres algoritmos son métodos extractivos que buscan estimar la importancia de una frase o palabra a partir de métricas de similitud o frecuencia de palabras. Para esto se construyó una base de datos de documentos donde se incluyeron 33 editoriales y 27 noticias, obteniéndose un resumen manual para cada texto. La comparación de los algoritmos se realizó cuantitativamente, empleando la métrica Recall-Oriented Understudy for Gisting Evaluation. Asimismo, se analizó el potencial de los algoritmos seleccionados para identificar los componentes principales del texto. En el caso de las editoriales, el resumen automático debía incluir un problema y la opinión del autor, mientras que, en las noticias, el resumen debía describir las características temporales y espaciales de un suceso. En términos de porcentaje de reducción de palabras y precisión, el método que permite obtener los mejores resultados, tanto para noticias como para editoriales, es el basado en la matriz de similitud. Este método permite reducir en un 70 % los textos, tanto editoriales como noticiosos. No obstante, es necesario incluir la semántica y el contexto en los algoritmos para mejorar su desempeño en cuanto a precisión y sensibilidad.

Abstract Language is affected not only by grammatical rules but also by the context and socio-cultural differences. Therefore, automatic text summarization, an area of interest in natural language processing (NLP), faces challenges such as identifying essential fragments according to the context and establishing the type of text under analysis. Previous literature has described several automatic summarization methods; however, no studies so far have examined their effectiveness in specific contexts and Spanish texts. In this paper, we compare three automatic summarization algorithms using news articles and editorials in Spanish. The three algorithms are extractive methods that estimate the importance of a phrase or word based on similarity or word frequency metrics. A document database was built with 33 editorials and 27 news articles, and three summaries of each text were manually extracted employing the three algorithms. The algorithms were quantitatively compared using the Recall-Oriented Understudy for Gisting Evaluation (ROUGE) metric. We analyzed the algorithms’ potential to identify the main components of a text. In the case of editorials, the automatic summary should include a problem and the author’s opinion. Regarding news articles, the summary should describe the temporal and spatial characteristics of an event. In terms of word reduction percentage and accuracy, the method based on the similarity matrix produced the best results and can achieve a 70 % reduction in both cases (i.e., news and editorials). However, semantics and context should be incorporated into the algorithms to improve their performance in terms of accuracy and sensitivity.

Modeling the Evolution of SARS CoV 2 Using a Fractional Order SIR Approach

Abstract To show the potential of non-commensurable fractional-order dynamical systems in modeling epidemiological phenomena, we will adjust the parameters of a fractional generalization of the SIR model to describe the population distributions generated by SARS-CoV-2 in France and Colombia. Despite the completely different contexts of both countries, we will see how the system presented here manages to adequately model them thanks to the flexibility provided by the fractional-order differential equations. The data for Colombia were obtained from the records published by the Colombian Ministry of Information Technology and Communications from March 24 to July 10, 2020. Those for France were taken from the information published by the Ministry of Solidarity and Health from May 1 to September 6, 2020. As for the methodology implemented in this study, we conducted an exploratory analysis focused on solving the fractional SIR model by means of the fractional transformation method. In addition, the model parameters were adjusted using a sophisticated optimization method known as the Bound Optimization BY Quadratic Approximation (BOBYQA) algorithm. According to the results, the maximum error percentage for the evolution of the susceptible, infected, and recovered populations in France was 0.05%, 19%, and 6%, respectively, while that for the evolution of the susceptible, infected, and recovered populations in Colombia was 0.003%, 19%, and 38%, respectively. This was considered for data in which the disease began to spread and human intervention did not imply a substantial change in the community.

Resumen Con el objetivo de exponer el potencial de los sistemas dinámicos de orden fraccionario, inconmensurables para la modelación de fenómenos epidemiológicos, en este artículo se ajustarán los parámetros de una generalización fraccionaria del modelo SIR (susceptibles, infectados y recuperados) para describir las distribuciones poblacionales generadas por el SARS-CoV-2 en Francia y Colombia, dos países cuyos contextos son totalmente diferentes. Asimismo, se mostrará cómo el sistema presentado logra describir adecuadamente los dos contextos debido a la flexibilidad proporcionada por las ecuaciones diferenciales de orden fraccionario. Los datos, para Colombia, fueron obtenidos del registro hecho por el Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, considerándose las fechas del 24 de marzo del 2020 hasta el 10 de julio del mismo año. Por su parte, para Francia, los datos fueron tomados del monitoreo hecho por el Ministerio de Solidaridad y Salud, en un periodo comprendido desde el 1 de mayo de 2020 hasta el 6 de septiembre del mismo año. La metodología seguida es un análisis exploratorio centrado en la solución del modelo SIR fraccionario a partir del método de la transformación fraccionaria, ajustado mediante un plan sofisticado de optimización llamado algoritmo BOBYQA. Los resultados presentados muestran que el porcentaje de error máximo para la evolución de la población susceptible, infectada y recuperada en Francia es de 0.05 %, 19 % y 6 %, respectivamente. Mientras tanto, en Colombia se tiene un valor correspondiente de 0.003 %, 19 %, 38 %, esto para datos en los que se inició la dispersión de la enfermedad, donde la intervención humana no tuvo un cambio contundente en la comunidad.

Simulation of a Rectangular Spiral Microstrip Multiband Antenna for Radio Frequency Energy Harvest

Resumen El presente estudio realizó un análisis de la influencia que ejercen las variaciones del grosor del sustrato dieléctrico y de la posición de las ranuras de microcinta creadas en el parche radiante de una antena de microcinta. El trabajo presentó la simulación mediante el software de optimización automática CST Studio, de una antena para captura de energía de radiofrecuencia empleando el substrato ARLON AD450 con constante dieléctrica de 4.5, pérdidas tangenciales de 0.035 y espesor de 3 mm. En este diseño se aplicaron varias ranuras hasta formar una espira cuadrada. Los resultados obtenidos evidenciaron que al aumentar el espesor del sustrato que separa el plano de tierra del parche radiante, se produce una disminución en las pérdidas de retorno del parámetro (S 11 ) y al mismo tiempo se da un aumento en la ganancia de la antena. La creación de ranuras, el grosor y la ubicación de estas en el parche radiante producen un desplazamiento en la frecuencia de resonancia. Asimismo, el arreglo presentado permite frecuencias de resonancia alrededor de 1.6 GHz, 2.38 GHz, 3.38 GHz y 4.16 GHz, con una ganancia entre 2.48 dB y 7.66 dB. Este diseño de antena permitió mejoras en ganancia y en el patrón de radiación. La creación de ranuras en el parche radiante modificó la distribución de corriente de superficie de la antena y generó nuevas frecuencias de resonancia. Los espacios de aire creados entre el cobre y el substrato mejoraron el rendimiento de la antena, del mismo modo que el espacio ejercido por el substrato entre el plano de tierra y el parche radiante disminuyeron las pérdidas de ganancia en la antena debido a la reducción del cobre cuando se realizan estas ranuras. La antena propuesta presenta un comportamiento multibanda inmediatamente se agregan ranuras en el parche. La evaluación de substratos y estructuras son útiles para el desarrollo de antenas de microcinta integradas para sistemas de recolección de energía de radiofrecuencia.

Abstract This study analyses the influence of variations in the thickness of the dielectric substrate and the position of the microstrip slots created in the radiating patch of a microstrip antenna. Automatic optimization software, i.e., CST Studio, was used to simulate an antenna for radio frequency energy harvesting made of ARLON AD450 substrate with a dielectric constant of 4.5, tangential losses of 0.035 and a thickness of 3 mm. In this design, several slots were applied to form a square loop. The results show that, by increasing the thickness of the substrate that separates the ground plane from the radiating patch, the return loss of the (S 11 ) parameter was reduced, and, at the same time, the antenna gain rose. Cutting out slots, as well as their thickness and location in the radiating patch, produced a shift in the antenna’s resonant frequency. Likewise, the array presented here allowed resonant frequencies around 1.6 GHz, 2.38 GHz, 3.38 GHz, and 4.16 GHz, with a gain between 2.48 dB and 7.66 dB. This antenna design produced improvements in gain and radiation pattern. Creating slots in the radiating patch modified the surface current distribution of the antenna and generated new resonant frequencies. The air gaps produced between the copper and the substrate improved the antenna’s performance. Similarly, the spaces created by the substrate between the ground plane and the radiating patch decreased the gain losses in the antenna due to the reduction of the copper caused when the slots were made. The proposed antenna presented a multiband behavior immediately after the slots were added to the patch. Evaluating substrates and structures is useful for developing integrated microstrip antennas for RF energy harvesting systems.

Comparative Analysis of the Performance Efficiency of a Traditional vs a Progressive Web Application

Resumen El desarrollo de esta investigación tuvo por objetivo comparar dos tipos de tecnología de aplicaciones web: aplicación web tradicional y aplicación web progresiva, para determinar el tipo de tecnología que tiene un mejor desempeño con respecto al atributo de calidad de rendimiento. Para este fin, primero se desarrolló una aplicación web tradicional, para luego configurarla y convertirla en una aplicación web progresiva; de esta manera se obtuvieron dos tipos de aplicaciones que permitieron medir su cualidad de rendimiento. El análisis comparativo utiliza el estándar ISO/IEC 25010 para la elección de la característica de eficiencia de desempeño (rendimiento), el estándar ISO/IEC 25040, establece un proceso de cinco actividades para evaluar cada aplicación, y el estándar ISO/IEC 25023, define las características de rendimiento con sus respectivas métricas y fórmulas. El estudio también mostró el comportamiento que tienen las aplicaciones en navegadores compatibles con trabajadores de servicio: Chrome, Firefox, Opera y Edge. Las herramientas utilizadas para medir las métricas de rendimiento fueron: page load time, load time, el administrador de tareas y las herramientas de desarrollo, todas estas integradas en los navegadores. Los resultados mostraron discrepancias en el comportamiento de las aplicaciones, pero fueron similares en métricas como: comportamiento en el tiempo y la capacidad del software. Con respecto a las métricas de utilización de recursos, la aplicación web progresiva presentó un elevado consumo. Sin embargo, esta aplicación brinda una mejor experiencia al usuario, pero el almacenamiento en caché y el soporte de los navegadores puede ser una limitante para su correcto funcionamiento.

Abstract This study compares two types of web application (traditional and progressive) to determine the kind of technology that achieves a better performance quality. For that purpose, a traditional web application was developed, then configured and converted into a progressive web application. As a result, two types of application were obtained in order to measure their performance quality. This comparative analysis used the ISO/IEC 25010 standard to select the performance efficiency characteristic. In addition, it implemented the ISO/IEC 25040 standard, which establishes a process of five activities to evaluate each application, and the ISO/IEC 25023 standard, which defines performance characteristics with their respective metrics and formulas. This paper also examines the behavior of the applications in browsers compatible with service workers: Chrome, Firefox, Opera, and Edge. Several tools were used to measure the performance metrics: page load time, load time, the task manager, and development tools (all of them integrated into the browsers). The results show discrepancies in the behavior of the applications, although they presented similar metrics in terms of behavior over time and software capacity. Regarding resource utilization metrics, the progressive web application presented a higher consumption. This type of application provides a better user experience but caching and browser support can be limitations for its correct operation.

Waste Electrical and Electronic Appliances Valorization in Colombia: An Alternative for Obtaining Precious Metals and Metals Used in Industry

Resumen El objetivo de este artículo es revisar el contexto mundial, y especialmente el colombiano, respecto al manejo de los residuos de equipos eléctricos y electrónicos, su aprovechamiento, recuperación y los principales métodos para la extracción de metales base y preciosos de alto valor agregado. Para ello, se realizó una revisión bibliográfica para obtener las cantidades de residuos, sus componentes principales y los métodos de extracción de metales base y preciosos; para Colombia, se realizó un estudio de caso, en el que, mediante un proceso de hidrometalurgia aplicado a teléfonos celulares, se calcularon las cantidades de metales base y preciosos que se pueden obtener. Se encontró que solo se aprovecha el 15,5 % de los residuos electrónicos en el mundo, que los principales componentes reciclables son el hierro (Fe), el cobre (Cu), el aluminio (Al), el plomo (Pb), el níquel (Ni), la plata (Ag), el oro (Au) y el paladio (Pd), y que el uso de los residuos electrónicos como fuente de metales podría reducir el consumo de energía entre 60 % y 95 %. Para el estudio de caso en Colombia, se encontró que se podrían obtener 3,8 t/año de Cu, 3,5 t/año de Fe, 56,5 kg/año de Ag, 6 kg/año de Pd y 10 kg/año de Au. Se concluye que es viable la recuperación de metales a partir de residuos eléctricos y electrónicos y que se deben buscar alternativas para aprovecharlos debido a su potencial valor agregado.

Abstract This article aims to review the global context, and especially the Colombian context, regarding the management of waste electrical and electronic appliances, their use, recovery and the main extraction methods for high added-value base and precious metals. A literature review was carried out to obtain the quantities of residues, their main components and the extraction methods for base and precious metals; for Colombia, a case study was carried out in which, through a hydrometallurgy process applied to cellular phones, the quantities of base and precious metals that can be obtained were calculated. Only 15.5 % of e-waste in the world is recycled, the main recyclable components are iron (Fe), copper (Cu), aluminum (Al), lead (Pb), nickel (Ni), silver (Ag), gold (Au) and palladium (Pd), and that using e-waste as a source of metals could reduce energy consumption by 60-95 %. For the case study in Colombia, it was found that 3.8 t/year of Cu, 3.5 t/year of Fe, 56.5 kg/year of Ag, 6 kg/year of Pd and 10 kg/year of Au could be obtained. The conclusion is that recovering metals from electrical and electronic waste is feasible and that alternatives should be sought to take advantage of them due to their potential added value.

Microencapsulation of Bioactive Compounds in Diverse Matrices by Spray Drying: A Literature Review

Resumen La microencapsulación mediante secado por aspersión es una técnica ampliamente empleada en la protección de compuestos bioactivos, en especial sobre los polifenoles en diferentes matrices; además, es una de las técnicas más sencillas y económicas de secado, lo cual ha favorecido su transferencia tecnológica a escala industrial. Por esta razón, este artículo tiene como propósito analizar, a partir de estudios previamente reportados, los parámetros de operación empleados en la implementación de los métodos para la microencapsulación de compuestos bioactivos presentes en diversas matrices, con el fin de identificar las condiciones efectivas para futuras aplicaciones. La revisión de los estudios publicados se realizó en un período comprendido entre 2010 y 2021 en bases de datos indexadas, donde los parámetros evaluados se centraron en: las condiciones de operación, materiales encapsulantes, morfología de las microcápsulas y la eficiencia de la microencapsulación. Los resultados permitieron identificar los parámetros más críticos, entre los que sobresalen la temperatura de entrada y salida del aire, así como los materiales encapsulantes, los cuales influyen directamente en la protección de los polifenoles, que son en su mayoría termolábiles, de esta manera, se pudo constatar en los estudios revisados el alcance de una mayor eficiencia y vida útil con respecto a las propiedades funcionales, al optimizar las condiciones de operación mencionada, y se constata que los resultados reportados conllevan a la obtención de microcápsulas de matrices que pueden ser empleadas como materia prima y producto final de mayor calidad, o para estudios in vitro de liberación controlada para la industria alimentaria, farmacéutica o cosmética.

Abstract Microencapsulation by spray drying is widely used to protect bioactive compounds, especially polyphenols in different matrices. It is also one of the simplest and most economical drying techniques, which has favored its technological transfer to industrial scale. Therefore, this article analyzes, based on previous studies, the operating parameters used in the implementation of methods for the microencapsulation of bioactive compounds present in various matrices, in order to identify effective conditions for future applications. This literature review covered the period between 2010 and 2021 in indexed databases, focusing on multiple parameters: operating conditions, encapsulating materials, microcapsule morphology, and microencapsulation efficiency. The results enabled us to identify the most critical parameters. Among them, air inlet and outlet temperatures stand out, as well as encapsulating materials; they directly influence the protection of polyphenols, which are mostly thermolabile. The studies reviewed here show that greater efficiency and useful life (with respect to functional properties) can be obtained by optimizing the aforementioned operating conditions. Furthermore, the results reported in this paper can be used to obtain microcapsules of matrices that can be used as a raw material, high-quality final product, or for controlled release in vitro studies in the food, pharmaceutical, or cosmetic industries.

Thermo Fluid Dynamic Behavior of Steel in a Continuous Casting Mold: a review

Resumen Se ha realizado una revisión de la literatura para identificar qué se sabe en relación con los mecanismos de transferencia de calor, comportamiento termofluidodinámico, características de la solidificación, factores que influyen en el origen de defectos en el acero y uso de estrategias que impactan en una reducción de los defectos que se originan, principalmente, en el molde de la colada continua de acero. La metodología consistió en colectar y sintetizar conocimientos fragmentados, comparar la información encontrada en diferentes fuentes, y dar una respuesta, clara y actualizada, sobre el comportamiento termofluidodinámico del acero en el molde de colada. Como resultado de esta revisión se puede concluir que los defectos graves, como grietas y depresiones, están relacionados con el comportamiento termomecánico; las grietas se asocian al flujo turbulento, variación en el nivel del menisco, alta velocidad de colada y comportamiento inadecuado del polvo colador y la segregación se relaciona con la contracción del acero, temperatura y velocidad de colada y el flujo de calor en el contorno de la pieza. También se ha encontrado que, a pesar de la complejidad de los fenómenos que ocurren en el molde, se puede lograr la formación de una costra de acero adecuada y reducir la aparición de defectos, realizando las acciones que propicien un ajuste adecuado de los parámetros del molde. Además, es imprescindible aplicar prácticas de conicidad y oscilación del molde, configuración de buza y aplicación de campos electromagnéticos, para producir un acero de calidad.

Abstract A review of the literature has been carried out to identify what is known in relation to heat transfer mechanisms, thermo-fluid dynamic behavior, solidification characteristics, factors that influence the origin of defects in steel and the use of strategies that impact on a reduction of the defects that originate, mainly, in the mold of the continuous casting of steel. The methodology consisted of collecting and synthesizing fragmented knowledge, comparing the information found in different sources, and giving a clear and up-to-date answer on the thermo-fluid dynamic behavior of the steel in the casting mold. As a result of this review, it can be concluded that serious defects, such as cracks and depressions, are related to thermomechanical behavior; cracks are associated with turbulent flow, variation in the level of the meniscus, high casting speed and inadequate behavior of the strainer powder, and segregation is related to steel contraction, casting temperature and speed, and heat flow in the contour of the piece. It has also been found that, despite the complexity of the phenomena that occur in the mold, it is possible to achieve the formation of a suitable steel crust and reduce the appearance of defects, performing the actions that promote an adequate adjustment of the parameters of the mold. Furthermore, it is essential to apply mold taper and oscillation practices, nozzle configuration and application of electromagnetic fields, to produce quality steel.

Effect of the Operating Parameters of the Ultrasound-Assisted Extraction on the Obtention of Grape Polyphenols: A Review

Resumen Los compuestos fenólicos han sido de gran relevancia para su aplicación en industrias como la farmacéutica y la alimentaria. Esto ha llevado al estudio de métodos de extracción eficientes en cuanto a rendimiento, capacidad antioxidante y costos de operación. La extracción asistida por ultrasonido ha reportado resultados superiores en comparación con los métodos de extracción convencionales, además de ser amigable con el medio ambiente. En este sentido, este artículo tiene como objetivo evaluar el efecto de los parámetros operativos reportados con mejores resultados de extracción asistida por ultrasonido para la obtención de polifenoles en diversas variedades de uva. La revisión fue realizada en bases de datos indexadas filtrada a publicaciones en el período comprendido entre 2013 y 2020. El análisis de los resultados reportados permitió identificar los parámetros más críticos como la variación de frecuencia, potencia y tiempo, además de los rangos óptimos de operación evaluados en cada estudio que conllevaron a alcanzar un mayor rendimiento de los polifenoles totales presentes en las diferentes matrices de la uva. De igual manera, fue posible evidenciar la afectación de la temperatura sobre la concentración de los principales compuestos fenólicos característicos de la uva. Finalmente, cada transformación y resultado evaluado fue discutido a la luz de los principios físicos y químicos favorecidos por el método empleado, así como las características de termosensibilidad de los principales compuestos fenólicos como las antocianinas y flavonoles que afectan su propiedad funcional de capacidad antioxidante, de mayor interés en aplicaciones alimentarias y farmacéuticas a escala industrial.

Abstract Phenolic compounds have been of great relevance thanks to their application in the pharmaceutical and foods industries, among others. As a result, efficient extraction methods have been studied in terms of performance, antioxidant capacity, and operating costs. Ultrasound-assisted extraction has achieved better results than conventional extraction methods, and it is environmentally friendly. This article evaluates the effect of the operating parameters reported in the literature for ultrasound-assisted extraction that offer the best results in the obtention of polyphenols from various grape varieties. This review was carried out using indexed databases (ScienceDirect, Scopus, Scielo, PubMed, and Taylor & Francis) filtered to publications between 2013 and 2020. The analysis of the results revealed the most critical parameters, such as the variation in frequency, power, and time, in addition to the optimal operating ranges evaluated in each study that led to a higher yield of total polyphenols present in different grape matrices. Similarly, it was found that temperature affects the concentration of the main phenolic compounds that are characteristic of grapes. Each transformation and result in the selected publications was discussed in the light of the physical and chemical principles favored by the method used in each case. Finally, this paper discusses the thermosensitivity characteristics of the main phenolic compounds in grapes; for example, anthocyanins and flavanols, which affect their antioxidant capacity and are of great interest for food and pharmaceutical applications on an industrial scale.