TecnoLógicas

From Extracting to Circulating: Approaches to Environmental Protection

Comparative Study of Mathematical Models to Predict the Calorific Value of Mexican Agricultural Wastes

Resumen Los residuos agrícolas representan un problema de contaminación, dada su inadecuada disposición y elevados volúmenes generados. Por ello, su revalorización para producir biocombustibles es atractiva, para lo cual se requiere conocer su poder calorífico. Se han reportado modelos matemáticos para predecir el poder calorífico considerando análisis elementales, estructurales y proximales, siendo éstos últimos los de menor costo. Por ello, el presente trabajo realizó un estudio comparativo de los modelos matemáticos que predicen el poder calorífico con base en análisis elementales; dicho estudio considera: 1) residuos agrícolas procedentes de México (paja de frijol, paja de trigo, cascarilla de arroz, cascabillo de café), y 2) residuos reportados en la literatura (fibras y cáscaras de coco, residuos de jardín, cáscaras de canola, cáscaras de Jatropha curcas, paja de trigo), con el objetivo de determinar si los modelos existentes funcionan adecuadamente para las biomasas mexicanas. Para ello, las biomasas mexicanas son caracterizadas mediante análisis proximales; por otra parte, se estima el poder calorífico de todas las biomasas con modelos matemáticos lineales previamente reportados, y los resultados se comparan con los valores experimentales. Los resultados muestran que los coeficientes de determinación de los modelos matemáticos existentes son bajos, en particular al emplear datos de biomasas mexicanas. El mejor modelo para predecir el poder calorífico en residuos agrícolas mexicanos (R2 = 0.72) considera solamente el contenido de materia volátil y de carbono fijo, así como una débil funcionalidad del contenido de cenizas. Por ello, es necesario proponer modelos matemáticos específicamente para las biomasas mexicanas.

Abstract Agricultural residues represent a pollution problem because they are inadequately disposed of and high volumes of these wastes are generated. Therefore, revaluating them to produce biofuels is attractive, but, for that purpose, their calorific value should be established. Some mathematical models reported in the literature to predict calorific value have considered elemental, structural, and proximal analyses, the latter being the least expensive type. This article compares different mathematical models that have been used to predict calorific value based on elemental analysis in order to 1) evaluate agricultural residues from Mexico (bean straw, wheat straw, rice husks, and coffee husks) and other residues reported in the literature (coconut fibers and husks, garden waste, canola hulls, Jatropha curcas husks, and wheat straw) and 2) determine if the existing models work adequately for Mexican biomasses. Thus, Mexican biomasses were characterized using proximal analyses, and the calorific value of all the biomasses was estimated employing previously reported linear mathematical models. The results, which were compared with experimental values, show that the coefficients of determination of the existing mathematical models are low, particularly when Mexican biomass data are used. The best model to predict the calorific value of Mexican agricultural residues (R2 = 0.72) considers only the content of volatile matter and fixed carbon, in addition to a weak functionality of the ash content. Consequently, mathematical models should be proposed specifically for Mexican biomass.

Implementation of computational methods to estimate lower limb angle amplitudes during squat

Resumen En biomecánica, los sistemas de captura de movimiento basados en video y en marcadores son el método más utilizado para la estimación de parámetros cinemáticos. A nivel técnico, los errores experimentales en la captura de datos suelen estar relacionados con el ocultamiento de los marcadores durante la captura del movimiento. Este fenómeno genera una pérdida de datos que puede afectar el análisis de los resultados. La falta de datos se resuelve aumentando el número de cámaras o utilizando dispositivos adicionales como sensores inerciales. Estas adiciones incrementan el costo experimental de este método. Actualmente, para resolver este tipo de problemas de forma menos costosa, se podrían utilizar nuevos métodos computacionales. Este estudio tiene como objetivo implementar dos métodos computacionales basados en red neuronal artificial (RNA) y regresión de vectores de soporte (RVS) para estimar la amplitud del ángulo de las extremidades durante la ejecución de un movimiento a partir de un solo eje (eje Z). Para entrenar y validar los modelos, se utilizaron características del ejercicio de squat. Los resultados obtenidos incluyeron valores de raíces de error cuadrático medio (RMSE) inferiores a 14 (RMSE mínimo de 5.35) y valores de CC cercanos a 0.98. Los valores estimados son muy cercanos a los ángulos de amplitud experimentales, los análisis estadísticos muestran que no hay diferencias significativas entre las distribuciones y las medias de los valores de amplitud estimados y los valores reales (valor p>0.05). Los resultados demuestran que estos métodos podrían ayudar a los investigadores en biomecánica a realizar análisis precisos, reduciendo el número de cámaras necesarias, reduciendo la incertidumbre y evitando problemas por perdida de datos.

Abstract In biomechanics, motion capture systems based on video and markers are the most widely used method to estimate kinematic parameters. However, from a technical standpoint, experimental errors in data capture are often related to the masking of markers during motion capture. This phenomenon generates data loss that can affect the analysis of the results. The lack of data is solved by increasing the number of cameras or using additional devices such as inertial sensors. However, those additions increase the experimental cost of this method. Nowadays, new computational methods can be used to solve such problems less expensively. This study implemented two computational methods based on Artificial Neural Networks (ANNs) and Support Vector Regression (SVR) to estimate the amplitude of limb angles during the execution of a movement on a single axis (i.e., the z-axis). The characteristics of the squats were used to train and validate the models. The results obtained include RMSE values lower than 14 (minimum RMSE of 5.35) and CC values close to 0.98. The estimated values are very close to the experimental amplitude angles, and the statistical analyses showed no significant differences between the distributions and means of the estimated amplitude values and their actual counterparts (p-value>0.05). The results show that these methods could help biomechanics researchers perform accurate analyses, decrease the number of cameras needed, reduce uncertainty, and avoid data loss problems.

Musical approach through a gestural interpretation

Resumen Este trabajo tuvo como propósito explorar entornos virtuales desde un sistema interactivo que permitiera interpretar los gestos manuales hacia una aproximación musical. La metodología implementada se realizó desde un enfoque cuantitativo, donde se establecieron tres fases de recolección de datos: secuencialidad de gestos, signos de Curwen y aproximación a la realidad. Este estudio fue dividido en tres etapas longitudinales conceptualización, diseño e implementación y evaluación para ampliar el espectro en la interpretación de los gestos. El método Kodály implementado en este trabajo, el cual ha sido adaptado en Colombia, utiliza los gestos manuales para asimilar con mayor rapidez conceptos musicales. La evaluación fue desarrollada con una muestra poblacional de 15 usuarios en cada fase para la recolección de datos. Los resultados se identificó una rápida adaptación en la interpretación de los gestos en relación con las notas musicales. Los tiempos y errores obtenidos permitieron medir aspectos en la ejecución de los gestos. Se adaptó un conjunto de gestos de la mano a un entorno virtual en el que los usuarios pueden tocar la melódica mediante la interpretación gestual, lo que demostró que el reconocimiento de gestos puede ayudar hacia una aproximación musical. Finalmente, los usuarios lograron un alto nivel de comprensión gracias al uso de movimientos naturales de la mano, lo cual fue un proceso significativo para los usuarios en una primera experiencia mediante el reconocimiento de gestos manuales.

Abstract This article describes a virtual environment of an interactive computer system that can interpret hand gestures as pitches in a tonal scale. The methodology implemented here is based on a quantitative approach with three data collection stages: sequence of gestures, Curwen’s hand signs, and approximation to reality. This study was divided into three general stages conceptualization, design and implementation, and evaluation, to expand the scope of hand gesture recognition. The Kodály method implemented in this paper, which was adapted in Colombia, uses hand gesture to help students better understand musical concepts. The evaluation was conducted with a population sample of 15 users in each data collection stage. The results show that users adapted quickly to hand gesture recognition and its relationship with musical notes. Times and errors obtained in the tests were used to measure aspects of execution. A set of hand gestures was adapted to a virtual environment where users can play melodica by gestural interpretation, which showed that gesture recognition can help music instruction. Finally, users achieved a high level of understanding thanks to the use of natural hand movements, and it was a meaningful process for them because it was their first experience with a hand gesture recognition.

Total X-Ray Fluorescence (TXRF) as an alternative method for the determination of micronutrients in soils of the Quíbor depression (Venezuela)

Resumen El uso de métodos analíticos alternativos es una necesidad para la determinación de microelementos con fines de fertilidad de manera rápida, de menor costo y con resultados similares a los procedimientos analíticos ya estandarizados, por lo cual el objetivo de este trabajo fue comparar el método con fluorescencia total de rayos X (TXRF) con los resultados obtenidos para la determinación de los microelementos Cu, Mn, Fe y Zn por absorción atómica. Para ello, se cuantificaron los contenidos de Cu, Mn, Zn y Fe en dos aridisoles, uno ubicado en un bosque natural con alto contenido de materia orgánica (PS1), y otro con bajo contenido de materia orgánica (PS2), como consecuencia de la actividad agrícola intensiva, cuyas muestras se tomaron a una profundidad de diez centímetros. La cuantificación de los microelementos se realizó mediante absorción atómica (método estándar) y con TXRF, método alternativo propuesto. En ambos casos se realizó, previamente, la extracción de los microelementos con acetato de amonio. Para cada condición se tomaron tres muestras con diez repeticiones para treinta unidades experimentales. Los datos fueron analizados mediante prueba de T de Student, con un valor de P<0.05. Los resultados mostraron que en ambos suelos el método por difracción de rayos X presentó valores similares a los obtenidos por absorción atómica para el Mn y el Zn, pero sobreestimó los valores de Cu y Fe, por lo que el uso de este método analítico puede ser usado con seguridad para determinar Mn y Zn, pero no de Cu y Fe. El uso de este método es atractivo debido a su rapidez y menor uso de reactivos, disminuyendo los riesgos de contaminación y obteniendo resultados confiables para la determinación de microelementos con fines de fertilidad o análisis de riesgos de contaminación.

Abstract In soil fertility evaluation, new alternative analytical methods should be proposed to determine microelements in a fast and inexpensive way, but with results similar to those obtained with standardized analytical procedures. Therefore, the objective of this study was to compare the results of the determination of four microelements (Cu, Mn, Fe, and Zn) by two methods: (1) Total X-Ray Fluorescence (TXRF) and (2) atomic absorption. For this purpose, Cu, Mn, Zn, and Fe contents were quantified in two aridisols: one located in a natural forest with high organic matter content (PS1) and another one with low organic matter content (PS2) as a result of intensive agricultural activity. The samples were taken at a depth of ten centimeters. The quantification of microelements was carried out by TXRF (alternative method proposed here) and atomic absorption (standard method). In both cases, microelements were previously extracted with ammonium acetate. At each location, three samples were taken with ten replicates, which totals thirty experimental units. The data were analyzed using Student’s t-test with a p-value < 0.05. The results showed that, in both soils, TXRF presented values similar to those obtained by atomic absorption regarding Mn and Zn, but it overestimated the values of Cu and Fe. Hence, TXRF can be safely employed to determine Mn and Zn, but not Cu or Fe. This method is attractive due to its speed and lower use of reagents, decreasing the risks of contamination and obtaining reliable results for the determination of microelements for soil fertility or contamination risk analysis.

Correlation Between Speech-Related Feature Spaces and Clinical Voice Disorders in Patients with Dysphagia

Resumen La disfagia se define como la dificultad para transportar un bolo alimenticio de forma segura y efectiva desde la cavidad oral hasta el estómago. En la actualidad, los métodos para el diagnóstico de la disfagia son invasivos y altamente dependientes de la experiencia del personal asistencial cualificado. El estudio de las bioseñales, como lo son los registros de voz y habla, ha sido propuesto con el fin de desarrollar herramientas complementarias al diagnóstico. De esta manera, el presente trabajo tuvo como objetivo explorar, en características extraídas en señales de voz y habla, la capacidad de discriminación entre personas sanas y pacientes con trastornos deglutorios. Para ello se registraron señales en un grupo de 30 personas sanas y 45 pacientes diagnosticados con disfagia. Los participantes realizaron diferentes tareas de voz (vocales sostenidas) y de habla (texto leído, monólogo y ejercicios diadococinéticos). Los registros de los pacientes fueron etiquetados en tres condiciones clínicas: voz húmeda, voz disfónica y voz con alteración no determinada. Se evaluaron espacios de características clásicas asociadas al análisis de voz y habla a través de pruebas estadísticas hallándose que las características relacionadas a la fonación, prosodia y diadococinesia tienen potencial como biomarcadores para la discriminación de diferentes alteraciones en pacientes con disfagia. Este trabajo constituye una aproximación preliminar basada en el estudio de señales de voz y habla para un diagnóstico no invasivo y objetivo de la disfagia.

Abstract Dysphagia is defined as the difficulty to transport an alimentary bolus from the oral cavity to the stomach in a safe and effective way. Currently, dysphagia-related diagnosis methods are invasive and highly dependent on the examiner’s experience. Biosignal-based studies, such as those on voice and speech records, have been proposed to develop complementary diagnostic tools. Likewise, this study explores, in features extracted from voice and speech signals, the capacity to discriminate between healthy subjects and patients with swallowing disorders. For this purpose, the signals were recorded in a group of 30 healthy individuals and 45 dysphagic patients. The participants performed different voice tasks (sustained vowels) and speech tasks (text reading, monologue, and diadochokinetic exercises). The patient records were assigned labels of three clinical conditions: wet voice, dysphonic voice, and voice with undetermined alteration. Classical voice- and speech-related feature spaces were assessed using statistical tests, and it was found that features related to phonation, prosody, and diadochokinesia have potential as biomarkers for the discrimination of different alterations in patients with dysphagia. This is a preliminary study based on voice and speech signals for a non-invasive and objective diagnosis of dysphagia.

Performance Evaluation of Convolutional Networks on Heterogeneous Architectures for Applications in Autonomous Robotics

Abstract Humanoid robots find application in human-robot interaction tasks. However, despite their capabilities, their sequential computing system limits the execution of computationally expensive algorithms such as convolutional neural networks, which have demonstrated good performance in recognition tasks. As an alternative to sequential computing units, Field-Programmable Gate Arrays and Graphics Processing Units have a high degree of parallelism and low power consumption. This study aims to improve the visual perception of a humanoid robot called NAO using these embedded systems running a convolutional neural network. The methodology adopted here is based on image acquisition and transmission using simulation software: Webots and Choreographe. In each embedded system, an object recognition stage is performed using commercial convolutional neural network acceleration frameworks. Xilinx® Ultra96™, Intel® Cyclone® V-SoC and NVIDIA® Jetson™ TX2 cards were used, and Tinier-YOLO, AlexNet, Inception-V1 and Inception V3 transfer-learning networks were executed. Real-time metrics were obtained when Inception V1, Inception V3 transfer-learning and AlexNet were run on the Ultra96 and Jetson TX2 cards, with frame rates between 28 and 30 frames per second. The results demonstrated that the use of these embedded systems and convolutional neural networks can provide humanoid robots such as NAO with greater visual recognition in tasks that require high accuracy and autonomy.

Resumen Los robots humanoides encuentran aplicación en tareas de interacción humano-robot. A pesar de sus capacidades, su sistema de computación secuencial limita la ejecución de algoritmos computacionalmente costosos, como las redes neuronales convolucionales, que han demostrado buen rendimiento en tareas de reconocimiento. Como alternativa a unidades de cómputo secuencial se encuentran los Field Programmable Gate Arrays y las Graphics Processing Unit, que tienen un alto grado de paralelismo y bajo consumo de energía. Este trabajo tuvo como objetivo mejorar la percepción visual del robot humanoide NAO utilizando estos sistemas embebidos que ejecutan una red neuronal convolucional. El trabajo se basó en la adquisición y transmisión de la imagen usando herramientas de simulación como Webots y Choreographe. Posteriormente, en cada sistema embebido, se realizó una etapa de reconocimiento del objeto utilizando frameworks de aceleración comerciales de redes neuronales convolucionales. Luego se utilizaron las tarjetas Xilinx Ultra96, Intel Cyclone V-SoC y Nvidia Jetson TX2; después fueron ejecutadas las redes Tinier-Yolo, Alexnet, Inception V1 y Inception V3 transfer-learning. Se obtuvieron métricas en tiempo real cuando Inception V1, Inception V3 transfer-learning y AlexNet fueron ejecutadas sobre la Ultra96 y Jetson TX2, teniendo como intervalo entre 28 y 30 cuadros por segundo. Los resultados demostraron que el uso de estos sistemas embebidos y redes neuronales convolucionales puede otorgarles a robots humanoides, como NAO, mayor reconocimiento visual en tareas que requieren alta precisión y autonomía.

Evaluation of the Extraction of Calabash Tree (Crescentia cujete L.) Colorant for Textile Products

Resumen La presente investigación tuvo como objetivo evaluar la extracción del colorante de la pulpa del fruto de totumo (Crescentia cujete L.) obtenido en el municipio de Granada, departamento del Meta. Para ello se usaron tres distintos solventes: agua, hidróxido de sodio y etanol, lo cual permitió determinar el colorante de mayor rendimiento, el más estable ante pruebas de resistencia aplicado en un producto textil y la determinación de metabolitos. Esto se logró mediante la extracción del colorante por el método de digestión, en donde se agregó 150 g de pulpa a tres vasos diferentes de precipitado, adicionando agua, etanol e hidróxido de sodio hasta alcanzar un volumen de 300 ml durante un tiempo de 20 minutos, 30 minutos y 1 hora, respectivamente, a una agitación y temperatura constante de 75 °C. Se filtraron y pesaron los residuos y, una vez obtenidas las muestras, estas se utilizaron para teñir fragmentos de algodón de 2 x 2 cm, los cuales se sometieron a pruebas de resistencia con ácidos y álcalis, altas temperaturas y detergente. El color final se determinó empleando el colorímetro para obtener las coordenadas del círculo cromático de la escala CIEL a* b*. Finalmente, mediante espectrofotometría, se logró, por medio de los rangos de longitud de onda, considerar la existencia de pigmentos orgánicos presentes en dichas muestras. Se evidenció que el NaOH fue el solvente de mayor rendimiento. La muestra teñida con colorante extraído con etanol dio una diferencia total de color ΔE = 3,41, considerándolo el de menor pérdida de color. Para la muestra con NaOH se obtuvo un rango de 270-370 nm, lo que indica presencia de flavonoides y, para el extracto con etanol se obtuvo un rango de 665-700 nm, lo cual indica presencia de saponinas. De acuerdo con lo anterior, es posible efectuar la extracción de color a partir del totumo, lo cual convierte este producto en una materia prima con potencial agroindustrial.

Abstract The objective of this study was to evaluate the extraction of colorant from the pulp of the fruit of calabash tree (Crescentia cujete L.) obtained in Granada (Meta, Colombia). Such extraction was performed using three different solvents (water, sodium hydroxide, and ethanol) to determine (1) the solvent that offers the highest yield and the greatest stability in resistance tests applied to a textile product and (2) the metabolites present in the samples. For this purpose, the dye was extracted by the digestion method, where 150 g of pulp were placed in three different beakers, adding water, ethanol, and sodium hydroxide until a volume of 300 ml was reached over 20 minutes, 30 minutes, and 1 hour, respectively, at a constant agitation and a temperature of 75 °C. The residues were filtered and weighed. The samples thus obtained were used to dye 2x2-cm pieces of cotton, which were subjected to resistance tests with acids and alkalis, high temperatures, and detergent. The final color was determined by a colorimeter to obtain its coordinates in the CIEL*a*b* color space. Finally, by means of spectrophotometry and peaks in the absorbance spectrum plots, it was possible to study the presence of organic pigments in the samples. The NaOH solvent achieved the best performance in the resistance tests. In turn, the sample dyed with the colorant extracted using ethanol showed a total color difference of ΔE = 3.41, which was the lowest color loss in this study. The sample treated with NaOH exhibited peaks at 270-370 nm, indicating the presence of flavonoids; and that treated with ethanol, peaks at 665-700 nm, signaling the presence of saponins. According to the above, it is possible to extract a colorant from the calabash tree fruit, which makes it a potential agro-industrial raw material.

Design, Analysis, and Modeling of Curved Photovoltaic Surfaces Using Composite Materials

Abstract Currently, the use of photovoltaic solar energy has increased considerably due to the development of new materials and the ease to produce them, which has significantly reduced its acquisition costs. Most commercial photovoltaic modules have a flat geometry and are manufactured using metal reinforcement plates and glass sheets, which limits their use in irregular surfaces such as roofs and facades (BIPV) and the transportation sector (VIPV). The purpose of this study is to analyze the design implications of curved photovoltaic surfaces using composite materials. Considering operation and maintenance requirements, the most suitable reinforcement and encapsulation materials are selected based on references and experimental tests. It was found that the maximum radius of curvature that a polycrystalline silicon cell with the dimensions of a SunPower C60 model can achieve is 6.51 m for a failure probability lower than 5 %, which allows us to define the maximum curvature that this photovoltaic surface can reach. Additionally, an analytical model of the reinforcement was implemented using macromechanical models in Matlab™, which was validated by the finite element method employing the composite materials module in Ansys®. Therefore, this paper presents a detailed analysis of the shear stresses between the layers and of the deformations generated in the curved solar panel reinforcement. Finally, under the operating conditions assumed here, carbon fiber presents the best structural behavior in the reinforcement material, while epoxy resin exhibits a better performance in the encapsulation material. These results can facilitate the manufacturing of curved photovoltaic surfaces.

Resumen Actualmente, el uso de la energía solar fotovoltaica ha aumentado de manera importante a partir del desarrollo de nuevos materiales y la facilidad de producción de los mismos, lo cual ha disminuido significativamente los costos de adquisición. Comercialmente, la mayoría de los módulos fotovoltaicos tienen geometrías planas y se fabrican a partir de placas de refuerzo metálico y láminas de vidrio, lo cual limita su uso en superficies irregulares como techos y fachadas (BIPV) y en el sector del transporte (VIPV). El propósito de este estudio es analizar las implicaciones de diseño de superficies fotovoltaicas con curvatura usando materiales compuestos. Partiendo de la definición de los requerimientos de operación y mantenimiento, se seleccionan los materiales de refuerzo y encapsulado más adecuados a partir de referencias y pruebas experimentales. Se obtiene que el radio de curvatura máximo alcanzado por una celda de silicio policristalina con las dimensiones de la referencia SunPower C60 es de 6,51 m para una probabilidad de falla menor al 5 %, lo que permite definir la curvatura máxima que puede alcanzar la superficie fotovoltaica. También se implementa un modelo analítico del refuerzo usando modelos de macromecánica a través de Matlab™, el cual es validado por el método de los elementos finitos usando el módulo de materiales compuestos de Ansys®. De esta manera, se presenta un análisis detallado de los esfuerzos cortantes entre las capas y de las deformaciones generadas en el refuerzo del panel solar curvo. Finalmente, para las condiciones de operación analizadas, el mejor comportamiento estructural en el material refuerzo lo presenta la fibra de carbono, mientras que, para el material de encapsulado, la resina epóxica presenta un mejor comportamiento. Estos resultados pueden facilitar la fabricación de superficies fotovoltaicas con curvatura.

Characterization of Calcium Phosphate Cement Inks with Added Poloxamer 407 for Potential Application in 3D Printing

Resumen La impresión 3D de biomateriales es una tecnología de gran auge para la fabricación de injertos aptos para la reparación de defectos óseos con geometrías complejas. Los cementos de fosfato de calcio (CFC) son biocerámicos empleados en la medicina ortopédica debido a su similitud con la fase mineral del hueso, la capacidad para ser moldeados como una pasta y endurecer in situ. La impresión 3D de CFC potencializaría su aplicación al permitir cirugías reconstructivas de defectos con geometrías complejas, sin embargo, una limitante es la baja inyectabilidad de los CFC debido a la separación de fases que ocurre durante la inyección de la pasta. En este trabajo se ha estudiado la implementación de un polímero termosensible como el Poloxámero 407 para generar una tinta inyectable. Dicha tinta ha sido formulada para contener 5% de hidroxiapatita carbonatada tipo B como agente nucleante biocompatible y biodegradable. Se evaluaron adiciones de soluciones acuosas de Poloxámero 407 al 0 %, 20 % y 40 % en peso como fase gel a una relación líquido/polvo de 0,75 mL/g. Se determinó el coeficiente de inyectabilidad, la cohesión de las tintas y se caracterizó la resistencia a la compresión de los cementos empleando análisis Weibull, determinado que la adición de polímero disminuye las propiedades mecánicas de los CFC en un 52,68 % y 81,23 %, respectivamente, en relación con el CFC de control (0%), atribuido a una menor densificación del cemento. Se concluyó que las adiciones del Poloxámero 407 no interfieren en la precipitación de hidroxiapatita deficiente en calcio ni en la degradación in vitro de los cementos y favorece el comportamiento de la tinta para su posible implementación en impresión 3D.

Optimal Hierarchical Control of Isolated Microgrids

Abstract The objective of this article is to propose a novel method that uses hierarchical control to efficiently manage power resources in an isolated Direct Current (DC) microgrid. The scope of this paper is limited to a numerical study of the components of the micro-generation system using accurate mathematical models in a commercial simulation tool. The control methodology is based on power sharing by means of a hierarchical topology including several control layers. In particular, the internal control loops that regulate the electrical variables in individual generators are at the bottom of the hierarchy. In addition, the power-sharing technique distributes power at an intermediate level, and it is complemented by a Newton-Raphson optimization algorithm at the top, which aims to minimize the cost function. The cost of the microgrid is defined in terms of investment and maintenance indices. This study analyzes the case of a low-power isolated DC microgrid that combines an array of photovoltaic panels and a battery bank. The most relevant result was the optimization of its generation cost, which was verified using simulations of the control and power circuits. In conclusion, although simple, the proposed technique achieves efficient performance in managing the power resources of this microgrid under environmental disturbances.

Resumen El objetivo del presente artículo fue proponer un método para realizar la gestión eficiente de recursos energéticos en una microrred aislada en corriente continua, empleando control jerárquico. El alcance del trabajo se limitó a estudios numéricos a través de modelos matemáticos precisos en una herramienta de simulación comercial para los componentes del sistema de microgeneración eléctrica. La metodología del control se basó en el reparto de potencias mediante una topología jerárquica con diferentes capas de control. Específicamente, los lazos de control internos que regulan las variables eléctricas en generadores individuales están en la base de la jerarquía, la técnica de reparto de potencias realiza una distribución de energía a un nivel intermedio y se complementa en un nivel superior por un algoritmo de optimización del tipo Newton-Raphson, minimizando un funcional de costo. Dicho costo de la microrred es definido, a su vez, en términos de índices de inversión y mantenimiento. Asimismo, una microrred CC aislada y de baja potencia, constituida por un arreglo de paneles fotovoltaicos combinados con un banco de baterías, es analizada como caso de estudio. El resultado más importante correspondió con la verificación de la optimización del costo de generación mediante simulaciones para los circuitos de control y potencia. En conclusión, la técnica propuesta verifica, a pesar de su simplicidad, un desempeño eficiente para el manejo de recursos energéticos de la microrred ante perturbaciones del entorno.

Extraction of Antioxidants from Blueberries (Vaccinium Corymbosum): Effect of Green Solvents on Total Phenolic Content, Antioxidant Capacity and Electrochemical Behavior

Resumen El presente estudio tuvo como objetivo evaluar el efecto de solventes verdes como el etanol/agua (EtOH/H2O), ácido acético/agua (CH3COOH/H2O) y la mezcla etanol/ácido acético/agua (EtOH/CH3COOH/H2O) en la extracción de polifenoles, específicamente antocianinas, provenientes de la especie Vaccinium corymbosum, con el fin de determinar su capacidad antioxidante mediante el comportamiento electroquímico. Para los extractos obtenidos se determinó el contenido de antocianinas totales (CAT) y contenido de polifenoles totales (CPT) por medio de técnicas espectrofotométricas y la capacidad antioxidante (CA) mediante el comportamiento electroquímico determinado a través de voltamperometría cíclica. Los resultados obtenidos indican que, si bien cuando se tiene EtOH/H2O como solvente se alcanza una mayor extracción de polifenoles, (696.46 ± 26.55) mg equivalente de ácido Gálico/100 g de muestra de base húmeda (bh), con la mezcla de solventes EtOH/CH3COOH/H2O se logra una mayor extracción de antocianinas (82.09 ± 2.59) mg equivalentes de cianidina-3-glucósido/100 g bh de muestra, lo cual concuerda con la capacidad antioxidante por voltamperometría cíclica, donde el mayor valor se obtuvo para la mezcla EtOH/CH3COOH/H2O (270.96 ± 10.74) µmol equivalente de ácido gálico/g bh de muestra), es decir que mayor concentración de antocianinas monoméricas dentro del contenido de polifenoles totales fueron oxidadas en el electrodo de trabajo. En este orden de ideas, se puede concluir que existen diferencias significativas entre el efecto que tuvo la evaluación de los solventes en el método de extracción sobre cada uno de los valores promedios alcanzados para los aspectos evaluados (CPT, CAT y CA), con una confianza del 95 %. Además, hay una “fuerte” correlación positiva entre el CAT y la capacidad antioxidante (r = 0.95).

Abstract In this study the effect of green solvents such as ethanol/water (EtOH/H2O), acetic acid/water (CH3COOH/H2O), and ethanol/acetic acid/water (EtOH/CH3COOH/H2O) was evaluated on polyphenols extraction, specifically anthocyanins that come from Vaccinium corymbosum specie, to determine its antioxidant capacity using electrochemical behavior. Total anthocyanin content (CAT) and total polyphenols content (CPT) were determined in the extracts employing spectrophotometric techniques and antioxidant capacity (CA) through electrochemical behavior using cyclic voltammetry. When EtOH/H2O is used as a solvent system, a higher polyphenols extraction is achieved, (696.46 ± 26.55) mg equivalent of gallic acid /100 g in fresh basis sample (bh), with EtOH/CH3COOH/H2O solvent mixture, more content of anthocyanins was extracted, (82.09 ± 2.59) mg equivalent of cyaniding-3-glucoside/ 100 gbh of sample, which agrees with the antioxidant capacity by cyclic voltammetry, where the highest value was obtained for the EtOH/CH3COOH/H2O mixture (270.96 ± 10.74) µmol equivalent of gallic acid /100 gbh of sample), i.e., higher concentration of monomeric anthocyanins within the total polyphenol content were oxidized at the working electrode. There are significant differences between the effect of solvent evaluation in the extraction method on each average value achieved in evaluating aspects (CPT, CAT, and CA) with a confidence level of 95 %. Additionally, there is a “strong” positive correlation between CAT and antioxidant capacity (r = 0.95).

Methodologies to Produce Pervious Concrete Partially Using Recycled Materials as Aggregates: A Literature Review

Resumen El objetivo de la presente revisión fue recopilar y discutir literatura científica sobre metodologías empleadas para la producción y elaboración del concreto innovador “concreto permeable”, como alternativa de diseño en pavimentos, con el remplazo parcial de agregado grueso por agregados reciclados, como látex de caucho al 5 % y 8 % por peso de cemento, ceniza volante entre el 0 % y el 70 % por volumen del cemento, y fibra de carbono al 0.27 % y 0.4 % por peso de agregado grueso. Esta revisión de literatura implicó seleccionar las publicaciones más relevantes, para los períodos del 2015 al 2021 en bases de datos indexadas Scopus, Scielo, ScienceDirect, y Latindex; enfocándose en múltiples parámetros como: “materiales residuales, coeficiente de permeabilidad, concreto permeable, grado de porosidad y ensayos de laboratorio para el concreto permeable”. Los resultados muestran que la resistencia a la compresión varía entre 0.5 MPa y 97.3 MPa, resistencia a la tracción entre 1.6 MPa y 5.29 MPa y la permeabilidad entre 4.63 mm/s y 10.2 mm/s, donde el porcentaje idóneo del uso de ceniza volante para la obtención óptima de concreto permeable es hasta el 20 %, que, excediendo este porcentaje, afecta negativamente sus propiedades mecánicas. En conclusión, el “concreto permeable” se sitúa dentro de los rangos establecidos según normativa: 17.5 MPa, 2.6 MPa, 6.1 mm/s, respectivamente; por ende, adquiere un valor sustancial, contribuyendo con la mejora del nivel microestructural y mayor durabilidad, siendo ventajoso y útil en los tiempos modernos.

Abstract The objective of this literature review was to compile and discuss the scientific literature on methodologies used to produce and manufacture pervious concrete, an innovative design alternative in pavements. In pervious concrete, coarse aggregates are partially replaced with recycled aggregates; for instance, rubber latex at 5 % and 8 % by weight of cement, fly ash between 0 % and 70 % by volume of cement, and carbon fiber at 0.27 % and 0.4 % by weight of coarse aggregate. For this literature review, we selected the most relevant publications from 2015 to 2021 indexed in the Scopus, Scielo, ScienceDirect, and Latindex databases using keywords such as “residual materials”, “coefficient of permeability”, “pervious concrete”, “degree of porosity”, and “laboratory tests for pervious concrete”. The results show that the compressive strength of this material varies between 0.5 MPa and 97.3 MPa; its tensile strength, between 1.6 MPa and 5.29 MPa; and its permeability, between 4.63 mm/s and 10.2 mm/s. The desirable percentage of fly ash to optimize pervious concrete is up to 20 %; higher values negatively affect its mechanical properties. In conclusion, pervious concrete presents parameters within the ranges established by regulations: compressive strength, 17.5 MPa; tensile strength, 2.6 MPa; and permeability, 6.1 mm/s. Therefore, it has significant value because it contributes to microstructural level enhancement and greater durability, which makes it an advantageous and useful product in modern times.