Ingeniería e Investigación

COVID-19 Is in the Air: Why Are We Still Ignoring the Importance of Ventilation?

Abstract The main transmission mechanism of the SARS-CoV-2 virus is airborne, particularly in poorly ventilated indoor environments. Recognizing the importance of this mechanism has taken a long time, despite the evidence generated by aerosol scientists from an early stage of the pandemic. Hence, measures applied more widely by the population have focused on the disinfection of surfaces, often in an exaggerated way, while measures focused on reducing the concentration of aerosols in indoor environments, such as adequate ventilation and air filtration, have been timidly promoted. In addition to the progress of the National Vaccination Plan, it is necessary to intensify transmission prevention measures for a safer reopening of the economy. It is therefore urgent, to educate and generate clear guidelines for the evaluation and improvement of ventilation in indoor spaces.

Resumen El principal mecanismo de transmisión del virus SARS-CoV-2 es por vía aérea, particularmente en ambientes interiores mal ventilados. Reconocer la importancia de este mecanismo ha tomado mucho tiempo, a pesar de la evidencia generada por científicos de aerosoles desde una etapa temprana de la pandemia. Por lo tanto, las medidas aplicadas con mayor rigor por la población se han centrado en la desinfección de las superficies, muchas veces de manera exagerada, mientras que las medidas centradas en reducir la concentración de aerosoles en ambientes interiores, tales como una adecuada ventilación y la filtración de aire, han sido promovidas muy tímidamente. Además de los avances en el Plan Nacional de Vacunación, es necesario intensificar las medidas de prevención del contagio para una reapertura de la economía más segura. Es urgente, por lo tanto, educar y generar lineamientos claros para la evaluación y el mejoramiento de la ventilación en espacios interiores.

Full Model Selection Problem and Pipelines for Time-Series Databases: Contrasting Population-Based and Single-point Search Metaheuristics

ABSTRACT The increasing production of temporal data, especially time series, has motivated valuable knowledge to understand phenomena or for decision-making. As the availability of algorithms to process data increases, the problem of choosing the most suitable one becomes more prevalent. This problem is known as the Full Model Selection (FMS), which consists of finding an appropriate set of methods and hyperparameter optimization to perform a set of structured tasks as a pipeline. Multiple approaches (based on metaheuristics) have been proposed to address this problem, in which automated pipelines are built for multitasking without much dependence on user knowledge. Most of these approaches propose pipelines to process non-temporal data. Motivated by this, this paper proposes an architecture for finding optimized pipelines for time-series tasks. A micro-differential evolution algorithm (,u-DE, population-based metaheuristic) with different variants and continuous encoding is compared against a local search (LS, single-point search) with binary and mixed encoding. Multiple experiments are carried out to analyze the performance of each approach in ten time-series databases. The final results suggest that the ,u-DE approach with rand/1/bin variant is useful to find competitive pipelines without sacrificing performance, whereas a local search with binary encoding achieves the lowest misclassification error rates but has the highest computational cost during the training stage.

RESUMEN La creciente producción de datos temporales, especialmente de series de tiempo, ha motivado la extracción analítica de conocimiento valioso para comprender fenómenos o para la toma de decisiones. A medida que aumenta la disponibilidad de algoritmos para procesar datos, el problema de elegir el más adecuado se vuelve más frecuente. Este problema se conoce como la Selección del Modelo Completo (SMC), que consiste en encontrar un conjunto apropiado de métodos y la optimización de hiperparámetros para realizar un conjunto de tareas estructuradas como una tubería. Se han propuesto múltiples enfoques (basados en metaheurísticas) para abordar este problema, en los que se construyen tuberías automatizadas para realizar múltiples tareas sin mucha dependencia del conocimiento del usuario. La mayoría de estos enfoques proponen tuberías para procesar datos no temporales. Motivado por esto, este artículo propone una arquitectura para encontrar tuberías optimizadas para tareas de series de tiempo. El algoritmo de micro-Evolución Diferencial (,u-ED, metaheurística basada en población) con diferentes variantes y codificación continua, es comparado contra una búsqueda local (BL, búsqueda de un solo punto) con codificación binaria y mixta. Se realizan múltiples experimentos para analizar el rendimiento de cada enfoque en diez bases de datos de series de tiempo. Los resultados finales sugieren que el enfoque de ,u-ED con la variante rand/1/bin es útil para encontrar tuberías competitivas sin sacrificar el rendimiento, mientras que la BL con codificación binaria logra las tasas de error de clasificación incorrecta más bajas, pero tiene el costo computacional más alto durante la etapa de entrenamiento.

The Influence of Safety Climate, Motivation, and Knowledge on Worker Compliance and Participation: An Empirical Study of Indonesian SMEs

ABSTRACT In the workplace, safety behavior has been regarded as an important safety performance factor that is generally expressed based on the degree of safety compliance and worker participation. Previous studies have proposed several models for Small and Medium Enterprises (SMEs), but the human factor and situation-related matters seem yet to be included. This study aims to investigate the role of motivation and knowledge (as person-related constructs) and safety climate (as a situation-related construct) in SMEs' compliance and participation. Based on a more comprehensive model, a questionnaire was constructed and distributed to 23 Indonesian metal manufacturing SMEs. The results showed that safety climate positively influenced safety knowledge, motivation, compliance, and participation. Safety knowledge and motivation were found to mediate the relationship between safety climate and behavior (i.e., compliance and participation). Safety knowledge only affected compliance, while motivation influenced compliance and participation. This study suggests that SMEs should consider situation-related constructs (safety climate) and person-related constructs (motivation and knowledge) to improve their safety behavior.

RESUMEN En el lugar de trabajo, el comportamiento de seguridad ha sido considerado como un factor importante del rendimiento de seguridad que se expresa generalmente en función del grado del cumplimiento de seguridad y de la participación de los trabajadores. Estudios anteriores han propuesto varios modelos del comportamiento de seguridad para las pequeñas y medianas empresas (PyMEs), pero el factor humano y los asuntos relacionados con la situación parecen no estar incluidos todavía. Este estudio tiene como objetivo investigar el papel de la motivación y del conocimiento (constructos relacionados con la persona) y el clima de seguridad (constructo relacionado con la situación) en el cumplimiento y la participación de las PyMEs. Basado en un modelo más integral, se construyó un cuestionario que se distribuyó a 23 PyMEs indonesias de fabricación de metales Los resultados mostraron que el clima de seguridad influyó positivamente en el conocimiento, la motivación, el cumplimiento y la participación de seguridad. Se encontró que el conocimiento y la motivación de seguridad median en la relación entre el clima de seguridad y el comportamiento (es decir, cumplimiento y participación). El conocimiento de seguridad solo afectó el cumplimiento, mientras que la motivación influyó en el cumplimiento y la participación. Este estudio sugiere que las PyMEs tienen que considerar constructos relacionados con la situación (clima de seguridad) y constructos relacionados con la persona (motivación y conocimiento) para mejorar su comportamiento en materia de seguridad.

Current Innovation Sources Driving The Spanish Electric Power Sector

ABSTRACT Renewable energy is not simply the cornerstone of a transition, but an entire electric power revolution. However, which are the technologies with which power companies are going to redesign the electricity industry? Interviews were conducted with innovation managers of the biggest power companies in Spain to shed some light on the innovation sources upon which the electric power system of the future is based. The results revealed that renewable electricity represents a complete paradigm shift. Until now, the system's net electricity balance has been achieved by adjusting power generation to its demand. However, in a renewable system, electricity generation is limited by and depends on environmental resources, so it cannot be sufficiently controlled to meet the demand at all times. Therefore, it is the electricity consumption that must be adjusted to generation. It was concluded that there are currently nine innovation sources that are redesigning the industry: renewable energy, energy storage systems, electric vehicles, Industry 4.0, smart grids, blockchain, distributed and self-consumption generation, smart client, and demand side response. Moreover, it was found that system regulations established by governments, business sustainability plans, and open innovation by startups play key roles in the development of innovation.

RESUMEN Las energías renovables no son simplemente la piedra angular de una transición, sino de toda una revolución eléctrica. Sin embargo, ¿cuáles son las tecnologías con las que las compañías eléctricas van a rediseñar la industria eléctrica? Se realizaron entrevistas a los responsables de innovación de las principales compañías eléctricas en España con el objetivo de arrojar luz sobre las fuentes de innovación en las que se basa el sistema eléctrico del futuro. Los resultados revelaron que las energías renovables suponen un cambio completo de paradigma. Hasta ahora, el balance de energía neto del sistema se alcanza ajustando la generación de energía a la demanda. Sin embargo, en un sistema renovable, la generación de electricidad está limitada por y depende de los recursos medio ambientales, por lo que no se puede controlar lo suficiente para satisfacer la demanda en todo momento. Por lo tanto, es el consumo de energía el que se debe ajustar a la generación. Se concluyó que actualmente existen nueve líneas de innovación que están rediseñando la industria: las energías renovables, los sistemas de almacenamiento de energía, el vehículo eléctrico, la Industria 4.0, las redes inteligentes, el blockchain, la generación distribuida y autoconsumo, el smart client y el control de la demanda. Asimismo, la regulación del sistema establecida por los gobiernos, los planes de sostenibilidad de las empresas y la innovación abierta protagonizada por las startups tienen un papel fundamental en el desarrollo de la innovación.

Design and Analysis of a Bulge Test Device

ABSTRACT The aim of this work is to present the methodological process to design a device capable of performing Bulge tests. This kind of device allows obtaining more information about the plastic behavior of a material than the one provided by a traditional tensile test. The engineering specifications of the device were evaluated through the QFD methodology. Then, a basic design of the device was performed based on available analytical models such as thick-walled pressure vessel theory, annular plate theory, and a basic plasticity model for the biaxial stress state. Later, a detailed design of the device was proposed, which was evaluated by means of a 3D model of finite elements and a linear-static analysis for the main components. Finally, a 2D axisymmetric model and a dynamic non-linear analysis were performed to validate the proposed design. The main novelty of the work consists of articulating the methodology of the mechanical design process and the conception, design, and validation of a Bulge device while solving the deficiencies found in the literature regarding the design and validation processes of this type of devices.

RESUMEN El objetivo de este trabajo es presentar el proceso metodológico para diseñar un dispositivo capaz de realizar ensayos Bulge. Este tipo de dispositivos permite obtener más información del comportamiento plástico de un material que la proporcionada por un ensayo de tensión tradicional. Se evaluaron los requerimientos de diseño del dispositivo a través de la metodología QFD. Seguidamente se realizó un diseño básico del dispositivo basado en modelos analíticos disponibles como la teoría de recipientes a presión de pared gruesa, la teoría de placas anulares y un modelo de plasticidad básico para el estado biaxial de esfuerzo. Luego, se propuso un diseño detallado del dispositivo, el cual fue evaluado mediante un modelo 3D de elementos finitos y un análisis lineal-estático para los componentes principales. Finalmente, se realizaron un modelo axisimétrico 2D y un análisis no-lineal para validar el diseño propuesto. La novedad principal del trabajo consiste en articular la metodología del proceso de diseño mecánico y la concepción, diseño y validación de un dispositivo Bulge, solventando las carencias encontradas en la literatura en cuanto a procesos de diseño y validación de este tipo de dispositivos.

Batch Conversion of Methane to Methanol Using Copper Loaded Mordenite: Influence of the Main Variables of the Process

ABSTRACT Due to the demands of oxygenated derivatives of hydrocarbons for the industry, the methane (CH4) to methanol (MeOH) conversion through solid-state catalysis is a current topic, with definite questions and specific challenges. This work shows a statistical model that predicts the quantity of methanol produced through a batch conversion process employing copper-exchanged mordenite in accordance with a full factorial experimental design. Synthesis was performed through solid-state ion exchange from Cu(acac)2 and NH4-Mordenite, obtaining weight percentages (%Cu) of 1%, 3%, and 5%, which was followed by activation through calcination at a range of temperatures (Tcal) between 300-500 °C, as well as a reaction with methane under 2-10 bar pressure (P) in static conditions employing a batch reactor. The quantities of MeOH produced, and their yields were determined through a gas chromatography and mass spectrometry analysis of the reaction samples. Finally, the role and contribution of each of the variables considered in the conversion process were analyzed. By using a nonlinear model, a quadratic dependence with %Cu and P in the studied range of the variables was found, as well as a linear dependence with Tcal. Finally, for this experiment, the highest yields (μmol/g) were obtained with the following conditions: %Cu = 3 %, P = 6 bar, and Tcal = 400 °C.

RESUMEN Debido a la demanda de derivados oxigenados de hidrocarburos para la industria, la conversión de metano (CH4) a metanol (CH3OH) por medio de catálisis en estado sólido es una cuestión de actualidad, precisa y con retos específicos. Este trabajo muestra un modelo estadístico que predice la cantidad de metanol producido por un proceso de conversión por lotes empleando mordenitas intercambiadas con cobre de acuerdo con un diseño experimental factorial. La síntesis fue realizada por intercambio iónico en estado sólido a partir de Cu(acac)2 y NH4-Mordenita, obteniendo porcentajes de intercambio en peso de Cobre (%Cu) de 1 %, 3 % y 5 %, seguido de una activación por calcinación en el rango de temperaturas (Tcal) de 300-500 °C, así como una reacción con metano en el rango de presiones de 2-10 bar (P) bajo condiciones estáticas con un reactor por lotes. Las cantidades de MeOH producidas y sus rendimientos fueron determinados usando análisis de cromatografía de gases y espectrometría de masas de las muestras de la reacción. Finalmente se analizaron el papel y la contribución de cada una de las variables consideradas en el proceso de conversión. Usando un modelo no lineal, se encontró una dependencia cuadrática del %Cu y P en el rango estudiado de cada variable, así como una dependencia lineal con Tcal. Finalmente, para este experimento, los mayores rendimientos (μmol/gr) se obtuvieron con las siguientes condiciones: %Cu=3 %, P = 6 bar y Tcal = 400 °C.

Cost Forecasting of Public Construction Projects Using Multilayer Perceptron Artificial Neural Networks: A Case Study

ABSTRACT The execution of public sector construction projects often requires the use of financial resources not foreseen during the tendering phase, which causes management problems. This study aims to present a computational model based on artificial intelligence, specifically on artificial neural networks, capable of forecasting the execution cost of construction projects for Brazilian educational public buildings. The database used in the training and testing of the neural model was obtained from the online system of the Ministry of Education. The neural network used was a multilayer perceptron as a backpropagation algorithm optimized through the gradient descent method. To evaluate the obtained results, the mean absolute percentage errors and the Pearson correlation coefficients were calculated. Some hypothesis tests were also carried out in order to verify the existence of significant differences between real values and those obtained by the neural network. The average percentage errors between predicted and actual values varied between 5% and 9%, and the correlation values reached 0,99. The results demonstrated that it is possible to use artificial intelligence as an auxiliary mechanism to plan construction projects, especially in the public sector.

RESUMEN La ejecución de proyectos de construcción del sector público a menudo requiere el uso de recursos financieros no previstos durante la fase de licitación, lo que genera problemas de gestión. Este estudio tiene como objetivo presentar un modelo computacional basado en inteligencia artificial, específicamente en redes neuronales artificiales, capaz de pronosticar el costo de ejecución de proyectos de construcción de edificios públicos educativos brasileños. La base de datos utilizada en el entrenamiento y prueba del modelo neuronal se obtuvo del sistema en línea del Ministerio de Educación. La red neuronal utilizada fue un perceptrón multicapa como algoritmo de retropropagación optimizado por el método de descenso de gradiente. Para evaluar los resultados obtenidos, se calcularon los errores porcentuales absolutos medios y los coeficientes de correlación de Pearson. También se llevaron a cabo algunas pruebas de hipótesis con el fin de verificar la existencia de diferencias significativas entre los valores reales y los obtenidos por la red neuronal. Los errores porcentuales promedio entre los valores predichos y reales variaron entre el 5 % y el 9 %, y los valores de correlación alcanzaron el 0,99. Los resultados demostraron que es posible utilizar la inteligencia artificial como mecanismo auxiliar para la planificación de proyectos de construcción, especialmente en el sector público.

Design of Comminution Plants in the Ceramic Industry Using a Simulation-based Optimization Approach

ABSTRACT In many cases, the design process of a structural ceramic comminution plant typically consists of an 'expert designer' who makes decisions using intuitive criteria to select commercial equipment. This paper proposes a simulation-based optimization approach to help decision-making. The complexity of the problem lies in selecting the model and amount of equipment for each stage at the lowest cost while simultaneously satisfying a previously fixed production and granulometry. The proposed approach is based on a genetic algorithm to generate solutions and facilitate the optimization process, together with discrete simulation to evaluate the performance of the comminution process according to its service level. To evaluate the algorithm, different problems, whose parameters are based on the requirements of the ceramic industry, are solved and analyzed.

RESUMEN En muchos casos, el proceso de diseño de una planta estructural de molienda para la industria de la cerámica consiste en un "diseñador experto" que utiliza criterios intuitivos para seleccionar equipos comerciales. Este artículo propone un enfoque de optimización basado en simulación para ayudar en la toma de decisiones. La complejidad del problema radica en seleccionar el modelo y número de equipos en cada etapa por el costo más bajo y, simultáneamente, satisfacer producción y granulometría fijadas previamente. El enfoque propuesto se basa en un algoritmo genético para generar soluciones y facilitar el proceso de optimización, junto con un modelo de simulación para evaluar el rendimiento del proceso de molienda de acuerdo con su nivel de servicio. Para evaluar el algoritmo, se resuelve y analizan diferentes problemas cuyos parámetros se basan en los requerimientos de la industria cerámica.

Verification of a Fabless Device Model Using TCAD Tools: from Bipolar Transistor Formation to I-V Characteristics Extraction

ABSTRACT This paper describes the analysis of processes used in micro- and nano-electronic device manufacturing. It also presents an exemplary and novel laboratory exercise in which an epitaxial planar n + pn bipolar transistor with junction isolation is illustrated and analyzed step-by-step. Only seven photolithography steps are used to obtain this bipolar transistor structure: for buried layer formation, for junction transistor isolation and collectors regions formation, for base region formation, for emitter and collector n+ region formation, for contact windows, for first aluminum metallization, and, finally, for passivation. Silvaco TCAD software tools are used to implement all of these manufacturing processes and to simulate the resulting I-V characteristics of all presented semiconductor structures. This type of laboratory work provides students with basic knowledge and a consistent understanding of bipolar transistor manufacturing, as well as facilitating theoretical understanding, analysis, and simulation of various semiconductor manufacturing processes without the need for costly and lengthy technological manufacturing experiments. This article also presents the conclusions and other benefits of such laboratory work, as well as possible recommendations for further improvement or expansion.

RESUMEN Este artículo describe el análisis de los procesos utilizados en la fabricación de dispositivos de micro y nanoelectrónica. También presenta un ejercicio de laboratorio ejemplar y novedoso en el que se ilustra y analiza paso a paso un transistor bipolar plano n + pn epitaxial con aislamiento de unión. Solo se utilizan siete pasos de fotolitografía para obtener esta estructura de transistor bipolar: para la formación de capas enterradas, para el aislamiento del transistor de unión y la formación de regiones colectoras, para la formación de regiones base, para la formación de regiones emisoras y colectoras n+, para ventanas de contacto, para la primera metalización de aluminio, y finalmente para pasivación. Las herramientas de software Silvaco TCAD se utilizan para implementar todos estos procesos de fabricación y para simular las características I-V resultantes de todas las estructuras de semiconductores presentadas. Este tipo de trabajo de laboratorio proporciona a los estudiantes conocimientos básicos y una comprensión constante de la fabricación de transistores bipolares. Asimismo, este estudio facilita la comprensión teórica, el análisis y la simulación de varios procesos de fabricación de semiconductores sin la necesidad de experimentos de fabricación tecnológicos costosos y largos. Este artículo también presenta las conclusiones y otros beneficios de dicho trabajo de laboratorio, así como posibles recomendaciones para una su mejora o expansión.

Removal of Sulfate Ions by Precipitation and Flotation

ABSTRACT The removal of sulfate ions from natural waters, as well as from industrial effluents of different origins, is a problem, considering that most of the proposed processes are inefficient and have a high cost, mainly when reducing the sulfate ion concentration to values below 500 mg.L-1 is required. The flotation technique, combined with precipitation, has proven to be efficient for the removal of heavy metal ions. However, there is not enough research to confirm its efficiency for the removal of sulfate ions. This article presents the results of sulfate ion removal from synthetic solutions prepared in an acidic medium, applying the co-precipitation techniques with polyaluminum chloride (PAC) and solid/liquid separation by dissolved air flotation (DAF). The effect of the pH, the [PAC: sulfate ions] ratio, the effect of saturated water flow with air, and the flocculant and collector doses were studied. The achieved results confirm that it is possible to reduce the concentration of sulfate ions from 1 800 to 350 mg.L-1 (80% removal) from synthetic solutions by applying the flotation technique combined with precipitation.

RESUMEN La eliminación de iones sulfatos desde aguas naturales, así como de efluentes industriales de diferentes orígenes, es un problema, considerando que la mayoría de los procesos propuestos son ineficientes y de alto costo, principalmente cuando se requiere reducir la concentración de iones sulfato a valores inferiores a 500 mg.L-1. La técnica de flotación combinada con precipitación ha demostrado ser eficiente para la eliminación de iones d metales pesados. Sin embargo, no hay suficientes investigaciones que confirmen su eficiencia para la eliminación de iones sulfato. Este artículo presenta los resultados de la remoción de iones sulfato desde soluciones sintéticas preparadas en un medio ácido, aplicando las técnicas de co-precipitación con policloruro de aluminio (PAC) y separación sólido/líquido mediante flotación por aire disuelto (FAD). Se estudiaron el efecto del pH, la razón [PAC: iones sulfato], el efecto del flujo de agua saturada con aire y las dosis de floculante y colector. Los resultados alcanzados confirman que es posible reducir la concentración de iones sulfato de 1 800 a 350 mg.L-1 (80% de remoción) desde soluciones sintéticas aplicando la técnica de flotación combinada con precipitación.

Characterization of High-Rise Reinforced Concrete Buildings Located in Antofagasta, Chile, by Means of Structural Indexes

ABSTRACT This study aims to characterize a series of high-rise reinforced concrete wall buildings located in Antofagasta, Chile, by means of a set of structural indexes commonly used in professional activities in our country and recommended by researchers. To this effect, a total of eight buildings was analyzed, from which, based on their architectural plans and engineering drawings, a series of properties was determined, such as wall and floor area, among others. Additionally, a modal spectral analysis was carried out according to the current Chilean regulations (NCh 433Of.1996Mod.2009 and DS 61) by means of the ETABS software. Next, eleven structural indexes were selected and determined, which are related to stiffness, structural redundancy, and ductility, with the purpose of making a seismic qualification. The obtained values indexes provide information about the expected structural performance of the buildings under a major seismic event. Finally, correlations between the different indexes were established.

RESUMEN El presente estudio busca caracterizar un conjunto de edificios altos estructurados en base a muros de hormigón armado, ubicados en la ciudad de Antofagasta-Chile, mediante un conjunto de índices estructurales comúnmente usados en la práctica profesional en nuestro país y sugeridos por investigadores. Para esto, se analizaron ocho edificios en total, a los cuales, a partir de los planos de arquitectura y estructurales, se les determinó un conjunto de propiedades tales como el área de muros y pisos, entre otros. Además, se les realizó un análisis modal espectral según la normativa chilena vigente (NCh 433Of.1996Mod.2009 y DS 61) mediante el programa ETABS. A continuación, se seleccionaron y determinaron once índices estructurales relacionados con la rigidez, redundancia estructural y ductilidad, con el fin de realizar una calificación sísmica. Los valores obtenidos aportan información sobre el posible comportamiento estructural que podrían tener los edificios frente a un evento sísmico severo. Finalmente, se establecieron correlaciones entre los diferentes indicadores.