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Editorial

Optimal integration of D-STATCOMs in electrical distribution systems for investment and operating cost reduction by using a Master-Slave Methodology between GA/PSO

Abstract Objetive: The objective of this paper is to propose a methodology for the optimal location and sizing of D-STATCOMs within a distribution electrical system, with the aim to reduce the annualized operating costs related to the annual power energy losses and the investment costs associated with the installation of the D-STATCOM. Context: This paper presents a hybrid methodology based on a master-slave strategy and the genetic and particle swarm optimization algorithms for solving the problem of optimal location and sizing of Distribution Static Compensators (DSTATCOMs), for reactive compensation in electrical distribution systems. Methodology: In this paper was used a mathematical formulation that represents the effect of the location and sizing of D-STATCOMs in electrical distribution systems; by proposing a master-slave methodology combining the genetic algorithm and the particle swarm optimization algorithms as a solution method. Furthermore, with the aim to validate the effectiveness and robustness of the proposed methodology in this work, three comparison methods, two test systems, and multiple technical considerations were used to represent the electrical distribution systems in a distributed energy resource environment. Results: The results obtained show that the proposed methodology is the most effective solution method for solving the problem, by achieving the greatest reduction in relation to the investment and operating costs. This methodology will allow the grid operators to identify the location and size of the D-STATCOMs within the electrical energy distribution system, with the lowest investment and operating costs in relation to other works reported in specialized literature. Conclusions: The obtained results demonstrate that GA/PSO achieved the best performance, with the DCVSA comparison method in second place, and the GAMS solvers in third place. It is important to notice that it was not possible to evaluate the GAMS solvers on the 69 bus test system, because this solver failed the mathematical formulation that represented this electrical system. Based on previous results, it can be concluded that the GA/PSO is the most suitable optimization method used for solving the problem of optimal integration of D-STATCOMs in Distribution electrical systems for the grid.

Resumen Objetivo: El objetivo de este trabajo es proponer una metodología para la ubicación y dimensionamiento óptimo de DSTATCOM dentro de un sistema eléctrico de distribución, con el objetivo de reducir los costos operativos anualizados relacionados con las pérdidas anuales de energía eléctrica y los costos de inversión asociados con la instalación. del DSTATCOM. Contexto: Este documento presenta una metodología híbrida basada en una estrategia maestro-esclavo entre los algoritmos genético y el de optimización de cúmulos de partículas para resolver el problema de localización y dimensionamiento de compensadores estáticos distribuidos (D-STATCOMs) para compensación reactiva en la red eléctrica de distribución. Metodología: En este manuscrito fue empleado una formulación matemática que representa el efecto de la localización y dimensionamiento de compensadores D-STATCOMs en la red eléctrica de distribución; para lo cual se propone una estrategia maestro-esclavo entre los algoritmos genético y el de optimización de cúmulos de partículas como método de solución. Adicionalmente, con el objetivo principal de evaluar la efectividad y robustez del algoritmo fueron utilizados tres métodos de comparación, dos sistemas de prueba y múltiples consideraciones técnicas que representan las redes eléctricas de distribución de energía bajo un ambiente de recursos energéticos distribuidos. Resultados: Los resultados obtenidos demostraron que la metodología de solución propuesta es la más efectiva de todos los métodos de solución empleados para resolver el problema aquí discutido. Logrando obtener la mayor reducción en los costos operativos del sistema con reducidos costos de inversión. Esta metodología permitirá a los operadores de red identificar la localización y dimensionamiento de los generadores dentro del sistema eléctrico de distribución de energía, con los menores costos de inversión en relación a otros trabajos reportados en la literatura especializada. Conclusiones: Los resultados obtenidos demostraron que el GA/PSO alcanzó los mejores resultados, con el método DCVSA en el segundo lugar y los optimizadores de GAMS en tercero. Es importante notar que, en el sistema de 69 nodos no fue posible evaluar los optimizadores de GAMS, debido que estos fallan al solucionar el problema. Basado en los resultados anteriores, fue posible concluir que el GA/PSO es el método de optimización más adecuado para resolver el problema de localización y dimensionamiento de D-STATCOMs en redes eléctricas de distribución.

Cooperative strategy to reduce path length in risky environments

Abstract Objetive: Design an artificial intelligence system based on information from the environment that can recommend the shortest path to an individual or vehicle, or robot that moves between two points with the lowest risk of contagion with coronavirus COVID-19 Methodology: The cooperative strategy for path reduction involves a management and monitoring system and two explorer agents. Explorer agents are equipped with path planning algorithms (GBFS and A*) enhanced with incremental heuristics in order to find two different sets of preliminary paths (the first in direction start-goal and the second in the opposite direction). Subsequently, a management and monitoring system estimates a preliminary shortest path for each path planner then obtains a shortest path by comparing the paths attained with the path planners. This research emerges within the field of distributed intelligence in robotics to determine the benefits of teamwork interactions compared to individual work. In this study, 300 tests that involve the cooperative strategy were executed using ten different environments Results: The results of this paper illustrate that in 79% of analyzed situations, definitive shortest estimated paths obtained by cooperative strategy outperformed preliminary paths found individually by path planners. Over 20.5% of tested cases yielded significant path reductions (greater than 100% in relation to the shortest definitive path). Conclusions: In this work, an artificial intelligence system was designed, whose tests show a good performance. The intelligent system uses Distributed Intelligence implemented in a cooperative team formed by a management and monitoring system and two explorer agents, who, based on information from the environment, recommend the shortest path to an individual or vehicle or robot who wants to travel between two points located in an environment at risk of contagion with coronavirus COVID-19 Financing: This work was supported in part by the Universidad Tecnológica de Pereira through Vicerrectoría de Investigaciones Innovación y Extensión, Project name: Sistema de obtención de rutas más seguras bajo situación de pandemia caso covid-19, Project code: 3-20-11, and in part by the Universidad Nacional de Colombia.

Resumen Objetivo: Diseñar un sistema de inteligencia artificial que con base a información del entorno pueda recomendar la ruta más corta a un individuo que quiera desplazarse entre dos puntos con el menor riesgo de contagio con coronavirus COVID19. Metodología: La estrategia cooperativa para la reducción de rutas involucra un sistema de administración y monitoreo y dos agentes exploradores. Los agentes exploradores están equipados con algoritmos de planificación de rutas (GBFS y A*) mejorados con heurísticas de tipo incremental a fin de encontrar dos conjuntos diferentes de rutas preliminares (la primera en dirección inicio-meta y la segunda en dirección opuesta). Posteriormente, el sistema de administración y monitoreo estima de forma preliminar el camino más corto para cada planificador de rutas y luego se obtiene el camino más corto comparando los caminos obtenidos con cada uno de los planificadores de rutas. Esta investigación surge dentro del campo de la inteligencia distribuida en robótica para determinar los beneficios de las interacciones del trabajo en equipo frente al trabajo individual. En este estudio se ejecutaron 300 pruebas que involucran la estrategia cooperativa utilizando diez ambientes diferentes Resultados: Los resultados de este artículo ilustran que en el 79% de las situaciones analizadas, las rutas estimadas más cortas obtenidas por la estrategia cooperativa fueron aún más cortas que las rutas preliminares encontradas individualmente por los planificadores de rutas. Adicionalmente, en más del 20,5 % de las pruebas realizadas se obtuvieron reducciones de ruta significativas (superiores al 100 % en relación con la ruta más corta). Conclusiones: En este trabajo se diseñó un sistema de inteligencia artificial, cuyas pruebas muestran un buen desempeño. El sistema inteligente utiliza Inteligencia Distribuida implementada en un equipo cooperativo formado por un sistema de administración y monitoreo y dos agentes exploradores, los cuales, con base a información del entorno, recomiendan el camino más corto a un individuo o vehículo o robot que quiera desplazarse entre dos puntos ubicados en un entorno con riesgo de contagio de coronavirus COVID-19.

Factors influencing University Technological Transfer in Colombia

Abstract The formal university technology transfer (TTU) in Colombia can contribute significantly to the country’s economic development. Based on the Theory of Resources and Capacities, this paper investigates the determinants of transfer in Colombian public and private universities. For this, we used structural equations methodology from data collected through a survey of 20 Colombian universities. The results of the estimates empirically confirm the significance of the financial, commercial, cultural, and human dimensions in the technology transfer process. Among the main factors that positively influence the TTU are: 1. the importance of external financial resources, 2. having a technological portfolio, 3. the time that transfer activities have been carried out, and 4. the people in charge’s experience.: The study shows us that it is necessary to strengthen policies within universities and improve their articulation with firms to achieve more successful technology transfer processes.

Resumen La transferencia tecnológica universitaria (TTU) formal en Colombia puede contribuir de manera significativa al desarrollo económico del país. Basado en la Teoría de los Recursos y las Capacidades, este trabajo investiga los determinantes de la transferencia en las universidades públicas y privadas colombianas. Para esto, es utilizada la metodología de ecuaciones estructurales a partir de datos recopilados mediante una encuesta a 20 universidades colombianas. Los resultados de las estimaciones confirman empíricamente la significancia de las dimensiones financiera, comercial, cultural y humana en el proceso de transferencia tecnológica. Entre los principales factores que influyen positivamente en la TTU, se encontró: 1. la importancia que tienen los recursos financieros externos, 2. el contar con un portafolio tecnológico, 3. el tiempo que se lleva realizando actividades de transferencia y 4. la experiencia de las personas encargadas. El estudio nos muestra que es necesario fortalecer las políticas al interior de las universidades y mejorar su articulación con las empresas para lograr procesos de transferencia tecnológica más exitosos.

Evaluation of a coal combustion waste as a partial replacement for sand in the production of ceramic bricks

Resumen Contexto: Durante la combustión de carbón se generan grandes cantidades de residuos, como las cenizas de fondo; éstasse han investigado como reemplazo del cemento y como sustituto de la arena para la producción de concreto. Además, este residuo puede ser usado para la fabricación de productos de arcilla. Método: En este estudio, se llevó a cabo una caracterización físico-química y mineralógica de las cenizas de fondo; además, se evaluó la toxicidad del residuo a través del test de lixiviación-Procedimiento de Lixiviación Característico de Toxicidady del ensayo de ecotoxidad-Daphnia pulex. Seguidamente, se fabricaron ladrillos a nivel de laboratorio con adición decenizas en 2 %, 4 %, 6 % y 8 % con respecto a la cantidad de arena; se evaluaron propiedades físicas y mecánicas y, se realizaron ensayos ambientales a los ladrillos. Resultados : Los resultados mostraron una reducción de la resistencia a la compresión con el aumento de cenizas; sin embargo, los ladrillos que incorporaron cenizas al 4 % obtuvieron una resistencia de 14,16 MPa el cual cumple con los criterios mínimos de resistencia a la compresión de acuerdo con la norma colombiana para mampostería no estructural. Por otra parte, el ensayo de lixiviación aplicado mostró que las concentraciones de metales lixiviables estaban por debajo de las regulaciones ambientales. Conclusiones: Estos hallazgos demuestran la viabilidad de utilizar hasta un 4 % de cenizas de fondo de carbón como reemplazante de arena en la producción de ladrillos de arcilla. El cual permitirá mitigar los problemas asociados a su eliminación.

Abstract Context: During the combustion of coal, large amounts of residues are generated, such as bottom ash. These have beeninvestigated as a replacement for cement and as a substitute for sand to produce concrete. Also, this residue can be usedfor the manufacture of clay products. Method: A physicochemical and mineralogical characterization of the bottom ash was carried out; furthermore, the toxicity of the residue was evaluated through the leaching Test-Toxicity Characteristic Leaching Procedure and the ecotoxicity test-Daphnia pulex. Then, bricks were manufactured at the laboratory level with the addition of ash in 2 %, 4 %, 6 % and8 % with respect to the amount of sand; the physical and mechanical properties were evaluated and environmental tests were carried out on the bricks. Results: The results showed a reduction in compressive strength with increasing ash; however, the bricks that incorporated 4 % ash obtained a resistance of 14.16 MPa, which met the minimum criteria of compressive strength of the Colombian standard for non-structural masonry. On the other hand, the applied leaching test showed that leachable metal concentrations were below environmental regulations. Conclusions: These findings demonstrate the feasibility of using up to 4 % coal bottom ash, as a replacement for sand inclay brick production. This will mitigate the problems associated with its removal.

Taxonomy for supply chain strategic decision

Abstract Objective: The characterization framework proposed in this work presents the strategic decisions and their characteristics and the strategic characterization structure of the supply chain. Methodology: This article presents a framework for the strategic characterization of supply chains. The structure is supported by a group of studies that have identified and established the relationships between the decisions of the supply chain. Results: The framework defines the various aspects of the chain that are described from the decision-making paradigm in a strategic environment. In this way, a decision-making selection process can be developed and a structure can be created to analyze the effectiveness of its management. Conclusions: The present work resulted from the discovery of a research gap related to the lack of adequate support methodologies for making strategic decisions, providing a holistic view of the chain’s competitors. An attractive future research perspective could also encompass tactical decisions alongside current strategic ones.

Resumen Objetivo: El marco de caracterización propuesto en este trabajo presenta las decisiones estratégicas y sus características y la Estructura de Caracterización estratégica de la Cadena de Suministro. Metodología: Este artículo presenta una estructura para la caracterización estratégica de cadenas de suministro. La estructura se soporta en un grupo de trabajos que han identificado y establecido las relaciones entre las decisiones de la cadena de suministro. Resultados: La estructura define los aspectos que describen la cadena desde un paradigma de decisión, en su contexto estratégico, para desarrollar los procesos de toma de decisiones y establece las bases para analizar la efectividad de sugestión. Conclusiones: El presente trabajo resultó del descubrimiento de una brecha de investigación relacionada con la falta de metodologías de apoyo adecuadas para la toma de decisiones estratégicas, brindando una visión holística de los competidores de la cadena. Una perspectiva de investigación futura atractiva también podría abarcar decisiones tácticas, junto con las estratégicas actuales.

CO₂ monitor for measurement of ventilation in closed environments, COVID-19 prevention, and improvement of work performance

Abstract Objective: Humans produce and exhale CO2, thus the concentration of this gas increases in closed environments. The CO2 concentration of air is often used as a reference to measure the ventilation rate. The typical outdoor CO2concentration is approximately 400 ppm, although it can be as high as 500 ppm. Concentrations greater than 20000 ppm result in Deep breathing, higher than 100000 ppm cause visual disturbances and tremors with possible loss of consciousness and over250000 ppm may cause death. In buildings with no change on their ventilation rate, high CO2concentrations have negative effects on decision making and working performance. At 1000 ppm, performance is significantly reduced in six of nine decision making metrics compared to 600 ppm. In this work, a CO2 flexible monitor is designed to measure ventilation in closed environments. Methodology: Electrolytic and infrared CO2sensors with a detection range of 350 to up to 10000 ppm were used. The used sensors have good sensitivity and selectivity to CO2. The gas monitor has a simple calibration system, whereby software automatically adjusts the calibration curve parameters after circulating clean air. The design of a gas bench used to verify sensor calibration is also shown. Results: A set of measurements were performed with electrochemical gas sensors and infrared (IR) gas sensors to test the functionality of the equipment. Experimental work has shown sensors have a satisfactory response for this application. The margins of error are +5% of the reading value. Conclusions: A low cost, flexible gas monitor for indoor environments like schools, offices, laboratories, and industries was designed in this work. Due to the flexible design, a network of gas monitors strategically distributed in the different spaces of the buildings is proposed. Fundings: Universidad Tecnológica Nacional. Comisión Nacional de Energía Atómica. Buenos Aires, Argentina.

Resumen Objetivo: Los humanos producimos y exhalamos CO2, por lo que la concentración de este gas aumenta en ambientes cerrados. La concentración de gas CO2en el aire se utiliza a menudo como referencia para medir la tasa de ventilación. La concentración típica de CO2al aire libre es de aproximadamente 400 ppm, aunque puede llegar a 500 ppm. Las concentraciones superiores a 20000 ppm dan como resultado una respiración profunda, superiores a 100000 ppm provocan alteraciones visuales y temblores con posible pérdida del conocimiento y superiores a 250000 ppm pueden provocar la muerte. En edificios sin cambios en su tasa de ventilación, las altas concentraciones de CO2 tienen efectos negativos en la toma de decisiones y el rendimiento laboral. A 1000 ppm, el rendimiento se reduce significativamente en seis de las nueve métricas de toma de decisiones en comparación con 600 ppm. En este trabajo se diseña un monitor flexible de CO2 paramedir la ventilación en ambientes cerrados. Metodología: Se utilizaron sensores de CO2 electrolíticos y sensores infrarrojos con un rango de detección de 350 hasta10000 ppm. Los sensores utilizados tienen buena sensibilidad y selectividad al CO2. El monitor de gas tiene un sistema de calibración simple, mediante el cual el software ajusta automáticamente los parámetros de la curva de calibración después de hacer circular aire limpio. También se muestra el diseño de un banco de gases utilizado para verificar la calibración del Resultados: Se realizaron un conjunto de mediciones, con sensores de gases electrolíticos químicos y sensores de gases infrarrojos (IR) probando la funcionalidad del equipo. El trabajo experimental ha demostrado que los sensores tienen una respuesta satisfactoria para esta aplicación. Los márgenes de error son 5% del valor de lectura. Conclusiones: En este trabajo se diseñó un monitor de gas flexible y de bajo costo para ambientes interiores como escuelas, oficinas, laboratorios e industrias. Debido al diseño flexible, se propone una red de monitores de gas distribuidos estratégicamente en los distintos espacios de los edificios. Financiamiento: Universidad Tecnológica Nacional. Comisión Nacional de Energía Atómica. Buenos Aires, Argentina.

Energy analysis of buildings using infrared thermography applied with a Parrot Anafi thermal quadricopter drone

Resumen Objetivo: El objetivo general de este estudio es validar la eficiencia la evaluación energética de edificios mediante la técnica de termografía infrarroja pasiva, cualitativa y cuantitativa que permita la optimización de recursos mediante la detección temprana de fugas en ventanas, sistema de ventilación y/o aire acondicionado, así como posibles daños en paneles solares instalados en techos de edificios. Metodología: Para implementar el procedimiento de diagnóstico, se utilizó una cámara termográfica de mano Flir E5 y el dron cuadricóptero Parrot Anafi Thermal que está equipado con una cámara termográfica Flir Lepton, equipos que permitieron obtener gráficas llamadas termogramas en los que se observan gradientes de temperatura, los cuales se analizaron mediante el Software FlirTools en busca de posibles anomalías. Esta metodología fue desarrollada con base en los procedi-mientos establecidos en las normas (ASTM E1862-97 (2010)), (ASTM E1933-99a (2017)) e (ISO 18434-1 (2008)) entre otras, en las que se definen procedimientos estandarizados para la aplicación de termografía infrarroja como método de inspección no destructivo. Resultados: Fueron obtenidos tres termogramas de dos edificios de la Fundación Universitaria Los Libertadores sede Bogotá (edificio Bolívar y edificio Santander), dos termogramas de la fachada exterior y uno del techo. El análisis de estos termogramas con termografía cualitativa y cuantitativa permitió detectar pérdidas de energía y anomalías, en las ventanas exteriores y el techo, tales como fugas y/o entradas de calor o frío, en los ductos de ventilación y en las fachadas exteriores. Los deltas y/o gradientes de temperatura de alrededor de 3°C medidos en las ventanas, permitieron detectar fugas de temperatura en los marcos y/o uniones de las ventanas, así mismo, gradientes de temperatura entre los 5 °C - 11 °C permitieron detectar fugas en los ductos de ventilación. Conclusiones: La termografía pasiva cualitativa y cuantitativa permite la evaluación energética y mantenimiento eficaz de edificios, mediante la inspección de fachadas, techos de edificios, equipos de ventilación y refrigeración. Para ello es importante configurar correctamente en la cámara y/o en software de postprocesamiento de termogramas, los valores de emisividad térmica de los materiales bajo inspección y la temperatura aparente reflejada, que son los dos parámetros más relevantes e influyentes en los resultados al momento de utilizar la técnica de termografía infrarroja, porque los valores delos deltas y gradientes de temperatura están en función de estos dos parámetros. Financiamiento: Este producto de investigación está asociado al proyecto de investigación titulado: “Análisis energético y estructural de edificios, mediante termografía infrarroja y algoritmos de inteligencia artificial” asociado a la Fundación Universitaria Los Libertadores. También está asociado al semillero de electrónica y drones de la Escuela de Aviación del Ejército de Colombia (ESAVE)

Abstract Objective: The general objective of this study is to validate the efficiency of building energy analysis through the technique of passive infrared thermography, both qualitative and quantitative, which allows for the optimization of resourcesthrough the early detection of leaks in windows, ventilation systems, and/or air conditioning, as well as possible damagein solar panels installed on building roofs. Methodology: To implement the diagnostic procedure, a handheld Flir E5 thermal camera and the Parrot Anafi Thermal quadcopter drone equipped with a Flir Lepton thermal camera were used. These devices allowed for the acquisition of graphs called thermograms, in which temperature gradients are observed. These were analyzed using the Flir Tools software to search for possible anomalies. This methodology was developed based on the procedures established in the standards (ASTM E1862-97 (2010)), (ASTM E1933-99a (2017)), and (ISO 18434-1 (2008)), among others, which define standardized procedures for the application of infrared thermography as a non destructive inspection method. Results: Three thermograms were obtained from two buildings of the Fundación Universitaria Los Libertadores, Bogotá campus (Bolívar building and Santander building), two thermograms of the exterior facade and one of the roof. The analysis of these thermograms with qualitative and quantitative thermography allowed for the detection of energy losses andanomalies in the exterior windows and roof, such as leaks and/or heat or cold entries, in the ventilation ducts, and on the exterior facades. The deltas and/or temperature gradients of around 3°C measured at the windows made it possible to detect temperature leaks in the frames and/or joints of the windows, likewise, temperature gradients between 5°C - 11°Callowed for the detection of leaks in the ventilation ducts. Conclusions: Qualitative and quantitative passive thermography allows for the effective energy evaluation and maintenance of buildings through the inspection of facades, building roofs, and ventilation and refrigeration equipment. For this, it is important to correctly configure in the camera and/or in the thermogram post processing software, the values of thermal emissivity of the materials under inspection and the apparent reflected temperature, which are the two most relevantand influential parameters in the results when using the infrared thermography technique, because the values of the deltas and temperature gradients are dependent on these two parameters. Financing: This research output is associated with the research project titled: “Energy and Structural Analysis of Buildings, through Infrared Thermography and Artificial Intelligence Algorithms” associated with the Fundación Universitaria Los Libertadores. It is also associated with the electronics and drones seedbed of the Escuela de Aviación del Ejercito de Colombia (ESAVE)

Prior cultural knowledge as an influence factor on interculturality and university student mobility

Resumen Las universidades han tenido que modificar sus procesos para lograr ser competitivas nacional e internacionalmente. La movilidad estudiantil se ha convertido en un elemento crucial para el reconocimiento de las instituciones, siendo un fenómeno progresivo y desigual entre continentes, países y áreas de estudio. Desde 2010, este fenómeno ha crecido debido a su relación con el mercado global académico y laboral, donde los estudiantes buscan reforzar su formación y competir en el mundo laboral. El fenómeno globalizador ha sido el principal precursor de la movilidad estudiantil universitaria, con un crecimiento significativo en el número de estudiantes internacionales entre 2012 y 2017. Sin embargo, la pandemia de 2019-2021 redujo los flujos de movilidad presencial, llevando a las instituciones a incursionar en la movilidad virtual. Los estudios sobre la movilidad estudiantil revelan la importancia de factores como el conocimiento previo cultural, la interculturalidad y la movilidad escolar internacional. La investigación se realizó con metodología cualitativa, incluyendo entrevistas a expertos en movilidad académica e interculturalidad. Los resultados resaltan la necesidad de una estrategia integral que brinde seguridad emocional a los estudiantes y considere su perfil psicológico al elegir un destino de movilidad.

Abstract Universities have had to modify their processes to become competitive nationally and internationally. Student mobility has become a crucial element for institutional recognition, being a progressive and unequal phenomenon across continents, countries, and areas of study. Since 2010, this phenomenon has grown due to its relationship with the global academic and labor market, where students seek to streng then their education and compete in the job market. The globalization phenomenon has been the main precursor of university student mobility, with significant growth in the number of international students between 2012 and 2017. However, the 2019-2021 pandemic reduced in-person mobility flows, leading institutions to venture into virtual mobility. Studies on student mobility reveal the importance of factors such asprior cultural knowledge, interculturality, and international school mobility. The research was conducted using qualitative methodology, including interviews with experts in academic mobility and interculturality. The results high light the need for a comprehensive strategy that provides emotional security to students and considers their psychological profile when choosing a mobility destination.