Revista Ingenierías Universidad de Medellín

ANALYSIS OF BIOLOGICAL DYNAMICS REMAINS IN VERMICULTURE PILOT SYSTEM FOR THE MANAGEMENT OF BIOSOLIDS RISING FROM WASTEWATER

Se analizó la dinámica biológica presente en un sistema piloto de lombricultura con la especie Eisenia foetida para el manejo de biosólidos provenientes de la Planta de Tratamiento Aguas Residuales -PTAR- Salitre, Bogotá D. C., con el fin de establecer la influencia de los organismos presentes en la transformación y translocación de la materia orgánica -MO-, la eficiencia de este proceso, así como la calidad del humus y su posible uso como abono orgánico. Esto, mediante análisis biológicos en diferentes etapas. En la primera fase del sistema se identificó que los biosólidos están clasificados como tipo B de acuerdo con la EPA (Agencia de Protección del Medioambiente de los EE. UU.), y presentan condiciones desfavorables para su aplicación a cultivos agrícolas. Sin embargo, luego de dos meses de procesamiento biológico, el humus tuvo características similares a las de un compost maduro, con baja presencia de microorganismos patógenos, así como también un leve aumento en la diversidad y equitatividad de la meso y la macrofauna.

The biological dynamics in a pilot vermiculture system with the Eisenia foetida specie for managing biosolids taken from the waste water treatment plant, WWTP - Salitre, Bogotá D.C., was analyzed to establish the influence of organisms present in the process of transformation and translocation of organic matter (OM); the study also considers the process efficiency, and the quality of humus and its possible used as mulch. The study was performed by biological analysis in different phases of the process. In the first phase of the process, the biosolids were identified as type B according to the EPA (United States Environmental Protection Agency) showing unfavorable condition for application to crops. However, after two months of biological processing, humus had similar characteristics to those of mature compost with low level of pathogenic microorganism, as a slight increase in diversity and evenness of meso and macrofauna.

APLICATION OF SELF-FORMING DYNAMIC MEMBRANES TO BIOLOGICAL WASTEWATER TREATMENT

Si bien los precios de las membranas han experimentado una reducción notable, estas siguen siendo parte importante del costo asociado a la implementación de biorreactores de membrana (BRM) para el tratamiento de aguas residuales. La operación de BRM con membranas dinámicas auto-formantes permitiría una reducción considerable en los costos de inversión y operación asociados. Una membrana auto-formante requiere solo de un soporte sobre el cual se forma un queque de filtración, el que actúa como membrana, rechazando los sólidos contenidos en el biorreactor. Durante la presente investigación se probaron mallas de tamizado de 20 y 100 Âµm como soportes para la formación de membranas dinámicas. Los resultados muestran que es posible sostener la operación del reactor en el tiempo y obtener un permeado de elevada calidad, con niveles de turbiedad inferiores a 3 NTU. El empleo de una malla de 100 Âµm permite aumentar el flujo, pero compromete la retención de sólidos y la remoción de materia orgánica.

Even though membrane prices have experienced a notorious decrease during the last years, they still represent an important cost associated with the application of membrane bioreactors (MBR) for wastewater treatment. The operation of MBRs with self-forming dynamic membranes may significantly reduce the associated costs, promoting the application of MBRs. A self-forming dynamic membrane only requires a support material over which a cake layer is formed, that acts as a membrane, which rejects the solids contained in the bioreactor. During the present research 2 sieving meshes of 20 and 100 Âµm were tested as model materials for the development of self-forming dynamic membranes. Results show that it is possible to support the operation of the reactor in time and to provide a high quality permeate, with turbidity levels below 3 NTU. The employment of a mesh of 100 Âµm allows to increase the flux but compromises the retention of solids and the removal of organic matter.

STUDY OF THE WATER QUALITY MODELING OF THE SINÚ RIVER, COLOMBIA

En este estudio se presenta la modelación de la calidad del agua en el río Sinú, Colombia, en el tramo central entre la central hidroeléctrica de Urrá y la desembocadura al mar Caribe, usando el modelo QUAL2KW que incorpora el algoritmo genético PIKAIA, que permite la calibración de las constantes cinéticas. Específicamente, se presenta la metodología usada para la caracterización hidráulica, la segmentación de la corriente y el uso del método de muestreo Monte-Carlo para determinar los parámetros de calidad de agua de mayor sensibilidad, y demostrar que el modelo QUAL2KW no pudo ser calibrado para el río Sinú con la información de campo disponible, debido a que varias combinaciones de los parámetros producen soluciones igualmente óptimas.

In this work a water quality modeling study of the Sinú river, Colombia, is presented in the segment from Urrá hydroelectric generation power plant to Caribbean sea mouth using the QUAL2KW model which incorporates the PIKAIA genetic algorithm that allows the calibration of the kinetic constants for its application to any waterbody. Specifically, the study shows the methodology used for the hydraulic characterization, the segmentation of the stream and the use of the Monte Carlo sampling method to determine the most sensitive water quality parameters and to demonstrate that the QUAL2KW model could not be calibrated for the Sinú river with the available filed information, because several combinations of the parameters produced equally optimal solutions.

DETERMINATION OF PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIES OF THE MATERIALS ADDED IN SAMPLE DEBRIS IN THE CITY OF BOGOTÁ D.C.

Con la implementación de operaciones unitarias apoyadas en ensayos de laboratorios y evaluando propiedades físico-químicas, se concertó en la necesidad de adoptar estrategias dirigidas a la reducción, reúso y reciclaje de los escombros en la ciudad de Bogotá D. C. Lo anterior permite aumentar la vida útil de los rellenos sanitarios del área, reducir la explotación de los recursos naturales y la indiscriminada disposición en lugares no autorizados. Con una muestra local, este estudio identificó las características como: granulometría; absorción; porosidad; resistencia a la compresión; pH; carbono orgánico total; metales pesados y elementos menores. Resultados de experiencias, nacionales e internacionales, se compararon con esta y se concluyó que los componentes de estos agregados tienen semejanza a los obtenidos de forma natural; ya que poseen alto potencial para ser utilizados en componentes de construcción civil sin función estructural, y cumplen con las especificaciones de las Normas Técnicas Colombianas - NTC.

With the implementation of unit operations supported by laboratory tests, by evaluating physical and chemical properties, was concluded on the need to adopt strategies to reduce, reuse and recycling of debris in the city of Bogotá D.C. This can increase the landfills lifespan, reduce the exploitation of natural resources and the indiscriminate disposal in unauthorized places. With a local sample, some characteristics as granulometry; absorption; porosity; compressive strength; pH; total organic carbon; heavy metals and trace elements were identified. Results of experience, national and international, were compared, concluding that the components of these aggregates have similarity to those obtained naturally, because they have high potential for use in civil construction components without structural function, in compliance with the Colombian Technical Standards - NTC.

A MODEL FOR WATER AND QUALITY MANAGEMENT USING GREY FUZZY LOGIC FOR ABURRÁ RIVER

Este artículo presenta un modelo de lógica difusa gris para la gestión de la calidad y cantidad del agua en el río Aburrá, el cual permite tener en cuenta la incertidumbre de los parámetros ambientales, que por lo general hacen que la toma de decisiones para las autoridades ambientales presente conflictos con los descargadores o contaminadores de los cuerpos de agua. La aplicación del modelo se hizo a una campaña del río Aburrá tomando como datos el caudal, el oxígeno disuelto y la demanda bioquímica de oxígeno. El modelo toma los aportes de las quebradas como los puntos de contaminación de los descargadores. Este modelo implica una optimización de acuerdo con los objetivos de la autoridad ambiental y los descargadores. El modelo se desarrolló en Matlab. Como conclusión se muestra el potencial del modelo para la gestión del agua del río y para alcanzar las metas planteadas por la autoridad ambiental.

This paper shows a model of grey fuzzy logic for water and quality management in the Aburrá river (Colombia). Grey fuzzy logic considers the uncertainty of the environmental parameters. This uncertainty produces a lot of conflicts between environmental agencies and polluters of water bodies. The application of this model was done in the Aburrá river, the campaing data includes discharges, dissolved oxygen and biochemical oxygen demand. The model takes the tributaries to Aburrá river like polluter points. Also, this model implies an optimization, in accordance with the goals and objectives of both polluters and environmental agencies.The model was developed using Matlab. The general conclusion is that the model has a great potential for water quality management in the river and for achieving the environmental agencies goals.

BEHAVIOR OF AN ASPHALT CEMENT MODIFIED WITH A RESIDUE OF PVC

Las propiedades físicas y reológicas a altas temperaturas de servicio de un cemento asfáltico (CA) modificado con un desecho de policloruro de vinilo (PVC) fueron evaluadas y son presentadas en el artículo. Adicionalmente se presenta la influencia del tiempo de mezcla del CA con el PVC y el envejecimiento a corto plazo. Un incremento notable en la rigidez y la resistencia a fluir se reporta cuando se adiciona el desecho de PVC a un CA 80-100. De la misma forma, se reporta un incremento en la temperatura máxima de operación en servicio del ligante modificado.

Physical and rheological properties under high temperatures of service of modified asphalt cement with a residue of PVC were evaluated. Additionally, the influence of mix temperature and short term aging phenomena is presented. Stiffness and strength to flow increased when is adding PVC to asphalt cement. Maximum performance temperature of service increased when is used the modified asphalt cement.

HYDROLOGICAL AND REGULATORY DEPENDENCE ON THE FORMATION OF THE ENERGY PRICE IN A HYDRO-DOMINATED ENERGY SYSTEM: COLOMBIAN ELECTRICAL SYSTEM CASE

Este trabajo presenta un modelo econométrico de regresión lineal uniecuacional múltiple, para representar la relación económica que existe entre el precio spot de la energía eléctrica y algunas de las variables fundamentales del mercado de energía en Colombia, específicamente los caudales, dadas las características hidrodominadas del sistema de generación colombiano, y otras como la disponibilidad del Sistema Interconectado Nacional -SIN-, los precios de los contratos y el índice de red. Se evidenció a través de dos modelos que aunque la oferta, representada por el caudal, es altamente dependiente de la hidrología, no es suficiente como variable explicativa del precio, razón por la cual es necesario incluir otras variables. El modelo econométrico demuestra que además de los caudales, los precios de los contratos de largo plazo son significativos como variable explicativa del precio spot de la electricidad, además de estar positivamente correlacionados, mientras que los aportes de caudal y disponibilidad del sistema están negativamente correlacionados con el precio spot. Finalmente el modelo estimado puede ser utilizado para realizar pronósticos de corto y mediano plazo sobre el precio de la electricidad en bolsa de manera que permita a los generadores tomar decisiones operativas o de cobertura. Este artículo se constituye en un aporte a la investigación científica y tecnológica, y amplía de manera práctica el uso de la econometría en los mercados de electricidad.

This research presents a linear regression single-equation econometric model that represents the economic relationship between the electricity spot price and some fundamentals of the Colombian energy market, specifically hydro inflows, as it is a highly hydro-dominated system, and variables such as the system's generation availability index, bilateral long term contract prices, and the ratio between market's out of merit generation (positive reconciliation) and the actual real generation. The econometric model shows that hydro inflows as an explanatory variable is not sufficient to explain the spot price of electricity, and in consequence is necessary to use fundamentals as complementary explanatory variables. Results show besides hydro inflows, bilateral long term contract prices are positive and strong correlated with the spot price of electricity and acts as a significant explanatory variable, while hydro inflows and system's generation availability are negative correlated with the spot price of electricity. Finally the proposed model can be used for short and mid-term spot price forecasting in the Colombian energy market, in support of the decision making process of market agents. This article is a contribution to the scientific and technological research, and practically extends the applicability of econometric in finance.

MORTGAGE FINANCING MODEL FOR HOUSING. Case study: Mexico, Chile and Colombia

Esta investigación compara los sistemas de financiación de vivienda en Chile, Colombia y México. Usando metodologías similares en la amortización se observa que las variables principales en los créditos son el interés, el monto y plazo. El índice de precio al consumidor -IPC-, varía en cada país, porque realizan el cálculo de forma diferente y este afecta la unidad de cuenta empleada para la amortización de los créditos de vivienda.

This research article presents a brief comparison of housing finance systems in Chile, Colombia and Mexico. By using similar amortization methodologies, it was observed that the principal credit variables are the interest, the amount and the time-lapse. The Consumer Price Index- CPI, which varies in every country, is calculated differently and therefore it affects the unit of account applied for the amortization of housing credits.

FUZZY INFERENCE SYSTEM FOR THE IDENTIFICATION OF OVER-THE-COUNTER (OTC) DRUGS

This document shows the details of the implementation of a fuzzy inference system, for the identification of four over-the-counter drugs (Naproxen, Calcium Carbonate, Muvett and Winadol), by using a Raman Spectroscopy, which output is the characterization of the substance. Data obtained from Raman Spectroscopy are modeled with Matlab®- Fuzzy Logic Toolbox.

Este documento muestra los detalles de la implementación de un sistema de inferencia difusa para la identificación de medicamentos comerciales (Naproxeno, Carbonato de Calcio, Muvettt y Winadol), aplicando Espectroscopia Raman, cuyo resultado es la caracterización de la sustancia. Los datos obtenidos con Espectroscopia Raman se modelan con Matlab®- Fuzzy Logic Toolbox.

FUZZY LOGIC TECHNIQUES FOR STOCK MARKET INDEXES FORECASTING: A LITERATURE REVIEW

El pronóstico de índices de mercados de valores es una tarea importante en ingeniería financiera, porque es una información necesaria para la toma de decisiones. Este estudio tiene como objetivo evaluar el estado del arte en el progreso del pronóstico del mercado de valores, usando metodologías basadas en sistemas de inferencia borrosa y redes neuronales neuro-difusas, enfatizando el caso del Índice General de la Bolsa de Colombia (IGBC). Se empleó la revisión sistemática de literatura para responder cuatro preguntas de investigación. Existe una tendencia importante sobre el uso de las metodologías basadas en inferencia difusa para predecir los índices de los mercados de valores, explicada por la precisión del pronóstico en comparación con otras metodologías tradicionales. La mayoría de las investigaciones se enfocan en metodologías de ''series de tiempo difusas'' y ANFIS, pero, hay otras aproximaciones prometedoras que no han sido evaluadas aún. Existe un vacío de investigación en el caso del mercado accionario colombiano.

Market index forecasting is an important task in financial engineered because is a necessary and important input in decision making. This study aims to assess the state of the art on the progress of market index forecasting using methodologies based on fuzzy inference and neuro-fuzzy neural networks, emphasizing the case of the Colombian stock market index (IGBC). We employed the systematic literature review methodology for answer four research questions. There is an important trend about the use of methodologies based on fuzzy inference for forecasting market indexes, explained by the accuracy of the forecasts in comparison with other traditional methodologies. Most of the research is focused on ''fuzzy time series'' methodologies and ANFIS, but, there are other promising approaches that have not been evaluated yet. There is a lack of research on the forecasting of the Colombian stock market index.

USING A DYNAMIC ARTIFICIAL NEURAL NETWORK FOR FORECASTING THE VOLATILITY OF A FINANCIAL TIME SERIES

The ability to obtain accurate volatility forecasts is an important issue for the financial analyst. In this paper, we use the DAN2 model, a multilayer perceptron and an ARCH model to predict the monthly conditional variance of stock prices. The results show that DAN2 model is more accurate for predicting in-sample and out-of-sample variance that the other considered models for the used dataset. Thus, the value of this neural network as a predictive tool is demonstrated.

La habilidad para obtener pronósticos precisos de la volatilidad es un importante problema para el analista financiero. En este artículo, se usa el modelo DAN2, un perceptrón multicapa y un modelo ARCH para pronosticar la varianza condicional mensual de una acción. Los resultados muestran que el modelo DAN2 es más preciso para pronosticar las varianzas dentro-de-la-muestra y fuera-de-la-muestra que los otros modelos considerados para el conjunto de datos utilizado. Así, el valor de esta red neuronal como herramienta predictiva es demostrado.

CHAOS-BASED REPETITIVE RANDOM SEARCH

En este artículo se presenta una modificación del algoritmo de búsqueda aleatoria repetitiva. En esta propuesta se propone cambiar los parámetros fijos, que son ingresados por el usuario, por valores deterministas usando un mapa caótico. El algoritmo propuesto se usó para optimizar 4 funciones de prueba bien conocidas en 10, 20 y 30 dimensiones. Para todas las funciones de prueba, el algoritmo propuesto converge a mejores puntos que los puntos óptimos obtenidos usando la versión tradicional en la que el usuario fija los parámetros. Los resultados obtenidos motivan a continuar con el desarrollo y pruebas del algoritmo propuesto, para un mayor conjunto de funciones de prueba y comparar con otros algoritmos heurísticos establecidos.

In this paper, we present a modification of the repetitive random search algorithm. In our proposal, we change the fixed parameters which values are set by the user, by deterministic values following a chaotic map. The proposed algorithm is used to optimize four well known test functions for 10, 20 and 30 dimensions. For all cases, our proposal converges to better points that the optimal points obtained using the traditional version with fixed values in the parameters. The obtained results encourage us to continue the development and testing of the proposal algorithm with a major suite of test functions, and to compare it with other well established heuristic algorithms.

ESTIMATION OF THE NONLINEAR MOVING AVERAGE MODEL PARAMETERS USING THE DE-PSO META-HEURISTIC

La extensión teórica de los modelos lineales de promedios móviles al caso no lineal es directa y sencilla. Sin embargo, el uso práctico de los modelos no lineales de promedios móviles es limitado debido a la complejidad del espacio de parámetros y la imposibilidad de las establecer derivadas analíticas de la función de estimación. En este artículo, se evalúa el uso del algoritmo híbrido Evolución Diferencial-Optimización del Enjambre de Partículas para calcular los parámetros óptimos del modelo no lineal de promedios móviles. Los resultados obtenidos muestran que la técnica meta-heurística utilizada es capaz de calcular con mayor precisión los valores de los parámetros del modelo en comparación con los algoritmos tradicionales. Este hallazgo nos alienta a explorar el uso de las meta-heurísticas en la estimación de los parámetros de otros modelos no lineales de promedios móviles.

Theoretical extension of the linear moving average models to the nonlinear case is direct and straightforward. However, the practical use of nonlinear moving average models is limited because of complexity of the parameters space and the impossibility of establishing the analytic derivate of estimation function. In this article, we evaluate the use of the Differential Evolution - Particle Swarm Optimization hybrid algorithm for calculating the optimal parameters of the nonlinear moving averages model. Obtained results show that the used meta-heuristic technique is able to calculate with more accuracy the values of the parameters of the model in comparison with the traditional algorithms. This finding encourages us to explore the use of meta-heuristics in the estimation of the parameters of other nonlinear moving average models.

MICROSTRUCTURE AND CORROSION RESISTANCE OF CHROMIUM NITRIDES OBTAINED BY VACUUM GAS NITRIDING OF ELECTROLYTIC CHROMIUM DEPOSITED ON AISI H13 STEEL

En este artículo se caracteriza la microestructura y se evalúa la resistencia a la corrosión de nitruros de cromo obtenidos a partir de un tratamiento dúplex constituido por un recubrimiento electrolítico de cromo aplicado sobre un acero AISI H13 combinado posteriormente a un proceso de nitruración gaseosa, mediante un tratamiento termoquímico al vacío, utilizando NH3 como gas precursor de nitrógeno. Este tipo de tratamientos dúplex permite combinar las ventajas de tratamientos individuales y con este efecto sinérgico, obtener compuestos tipo Cr xN en forma más económica que los producidos tradicionalmente de deposición física en fase de vapor (PVD). Los resultados obtenidos mediante difracción de rayos-X (XRD) indican una transformación superficial y subsuperficial del recubrimiento electrolítico de cromo con formación de fases CrN y Cr2N. Así mismo, los ensayos de polarización potenciodinámica indican un incremento en la resistencia a la corrosión de este tipo de compuestos en comparación con los obtenidos con cromo duro electrolítico.

In this scientific research paper, the microstructure and corrosion resistance of chromium nitrides obtained from a duplex treatment consisting of an electroplated hard chromium coating applied on a steel AISI H13 follow by a thermochemical treatment in vacuum using NH3 as precursor gas of nitrogen, is evaluated. This type of duplex treatments combine the benefits of each individual treatment in order to obtain, with this synergic effect, compounds type CrxN more economic than those obtained by other kind of treatments e.g. physical vapor deposition (PVD). The results obtained by X-Ray Diffraction (XRD) indicate the surface and subsurface transformation of the electrolytic hard chromium coating by formation of CrN and Cr2N phases. Likewise, potentiodynamic polarization tests indicate an increase in corrosion resistance of such kind of compounds in comparison with the obtained results with electroplated hard chromium.

ESTIMATION OF NEURONAL ACTIVITY AND BRAIN DYNAMICS USING A DUAL KALMAN FILTER WITH PHYSIOLOGYCAL BASED LINEAR MODEL

In this research article a dynamic estimation of neuronal activity and brain dynamics from electroencephalographic (EEG) signals is presented using a dual Kalman filter. The dynamic model for brain behavior is evaluated using physiological-based linear models. Filter performance is analyzed for simulated and clinical EEG data, over several noise conditions. As a result a better performance on the solution of the dynamic inverse problem is achieved, in case of time varying parameters compared with the system with fixed parameters and the static case. An evaluation of computational load is performed when predicted dynamic cases, estimated using the Kalman filter, are up to ten times faster than the static case.

En este artículo de investigación se presenta la estimación de la actividad neuronal y la dinámica del cerebro a partir de señales electroencefalográficas (EEG) usando un filtro de Kalman dual. El comportamiento dinámico del cerebro se representa a partir de modelos lineales con base en restricciones fisiológicas. Como resultado, se obtiene un mejor desempeño en la solución en el caso de modelos variantes con el tiempo, al compararla con modelos invariantes en el tiempo, y con la solución estática. Se presenta una evaluación de la carga computacional donde es claro que la estimación de la actividad neuronal con el filtro de Kalman basada en modelos dinámicos lineales, es hasta 10 veces más rápida, que la solución para el caso estático.

GRAPHICAL INTERFACE AS A TOOL IN SIMULATION OF MAGNETIC PROPERTIES OF Re_2/3A_1/3MnO₃ MANGANITES WITH MONTE CARLO METHOD AND HEISENBERG MODEL

Las interfaces gráficas son útiles para especificar y examinar estructuras químicas y propiedades físicas de materiales. En este artículo se presenta el software SIMMON (Simulación de propiedades magnéticas de manganitas) como un programa de visualización cuyo objetivo es mostrar la magnetización, la susceptibilidad magnética, la energía, el calor específico, los ciclos de histéresis y la resistividad de materiales magnéticos. Estas propiedades pueden ser obtenidas a partir de la simulación de diferentes manganitas del tipo Re2/3A1/3MnO3, donde Re son iones de una tierra rara metálica como La, Nd y Pr con valencia 3+, los cuales se enlazan con iones Mn3+-3d4 y A es una tierra alcalina con valencia 2+ tal como Ba, Ca, Sr, entre otras, enlazadas con Mn4+-3d3. En estas simulaciones se emplea el método Monte Carlo combinado con el algoritmo de Metrópolis y el modelo de Heinsenberg.

The graphics interface is useful in specifying and examining chemical structures and physical properties. In this scientific and technological research paper, the SIMMON (MMSP - Manganite magnetic simulation properties) software is presented, as a visualization program, that allows to observe, the magnetization, susceptibility, energy, specific heat, the hysteresis loops and the resistivity of magnetic materials. This properties can be obtained from the simulation of different manganites Re2/3A1/3MnO3, where Re is a rare earth metal ions as La, Nd and Pr with valence 3+, which are bonded with Mn3+-3d4 ions and A is a 2+ alkaline earth ion such as Ba, Ca, Sr, among others, bonded with Mn4+-3d3. The based method for the simulations is Monte Carlo combined with Metropolis algorithm and Heisenberg model.