Ingeniería

Tecnología y sociedad, la nueva normalidad mixta

Simulation of an Inventory Policy Based on the Demand Driven MRP Methodology from a Petri Nets Approach

Resumen Contexto: En la actualidad, las compañías se enfrentan a una problemática asociada al control del inventario debido a que existe un alto número de referencias que se deben administrar con el objetivo de reducir las ventas perdidas y disminuir el inventario de baja rotación. Método: Demand Driven MRP (DDMRP) es una estrategia de control de inventarios innovadora que incorpora elementos de sistemas Lean y teoría de restricciones que llevan a introducir buffers dinámicos con el objetivo de controlar los niveles de inventario al tiempo que se responde a la demanda. El uso de redes de Petri se utilizan para simular y validar la aplicación de la metodología DDMRP en un inventario de producto terminado. Resultados: A partir de la simulación realizada se logra comprobar la efectividad de la metodología DDMRP para el caso de estudio, en el que se reduce el sobrestock de inventario, al mismo tiempo que se minimiza la posibilidad de agotados. Conclusiones: La simulación de la metodología DDMRP a través de redes de Petri permitió evaluar el funcionamiento de la política antes de su implementación, para validar la efectividad de la estrategia sobre indicadores de desempeño de la compañía como lo son el nivel de servicio y los costos de almacenamiento.

Abstract Context: Currently, companies are facing a problem associated with inventory control since there is a high number of references that they must manage to reduce lost sales and minimize low-turnover inventory. Method: Demand Driven MRP (DDMRP) is an innovative inventory control strategy that incorporates elements of Lean systems and theory of constraints which lead to the introduction of dynamic buffers with the purpose of controlling inventory levels while responding to the demand. Petri nets are used to simulate and validate the application of the DDMRP methodology in a finished product inventory. Results: From the conducted simulation, it is possible to verify the effectiveness of the DDMRP methodology for the case under study, where the overstock is reduced while the possibility of out-of-stock is minimized. Conclusions: The simulation of the DDMRP methodology through Petri nets allowed evaluating the performance of the policy before its implementation with the purpose of validating the effectiveness of the strategy on company performance indicators such as the level of service and costs storage.

Characterization, Design Testing and Numerical Modeling of a Subsonic-Low Speed Wind Tunnel

Abstract Context: Wind tunnels are essential devices in the study of flow properties through objects and scaled prototypes. This work presents a numerical study to characterize an existing wind tunnel, proposing modifications with the aim to improve the quality of the flow in the test chamber. Method: Experimental measurements of the inlet velocity and pressure distribution of a wind tunnel are performed. These empirical values are used as parameters to define boundary conditions in simulations. The Finite Element Method (FEM) at low speeds is implemented to determine the stream function by using a standard Galerkin method. Polynomial interpolations are employed to modify the contraction section design, and numerical simulations are performed in order to compare the numerical results of the flow for the existing and the modified wind tunnels. Results: Experimental measurements of the flow at the wind tunnel entrance are presented. The velocity field and distribution of thermodynamic variables inside the tunnel are numerically determined. This computations are useful since it is experimentally difficult to make measurements inside the channel. Additionally, numerical calculations of these variables are presented under modifications in the tunnel geometry. Conclusions: A comparison between these simulations show that laminar flow at low velocities can be modeled as incompressible and irrotational fluid under a bidimensional approximation along its longitudinal section. It is observed that modifications in the geometry of the tunnel can improve the flow in the test section of the wind tunnel in the laminar regime.

Resumen Contexto: Los túneles de viento son dispositivos esenciales en el estudio de las propiedades del flujo a través de objetos y prototipos a escala. En este trabajo se presenta un estudio numérico para caracterizar un túnel de viento existente proponiendo modificaciones que buscan mejorar la calidad del flujo en la cámara de ensayos. Método: Se efectúan mediciones experimentales del campo de velocidad y distribución presión de entrada de un túnel de viento. Estos valores empíricos se usan como parámetros para definir condiciones de frontera en simulaciones. A bajas velocidades se implementa el Método de Elementos Finitos para determinar la función de corriente bajo un método de Galerkin. Se usan interpolaciones polinómicas para modificar el diseño de la sección de contracción y se realizan simulaciones numéricas para comparar resultados numéricos de flujo para el túnel de viento existente y el modificado. Resultados: Se presentan mediciones experimentales del flujo en la entrada del túnel de viento. Se determinan numéricamente el campo de velocidad y distribución de variables termodinámicas en el interior del túnel. Estos cálculos son útiles ya que experimentalmente es difícil realizar mediciones dentro del canal. Adicionalmente, se presentan cálculos numéricos de estas variables sobre el túnel bajo modificaciones en su geometría. Conclusiones: Una comparación entre estas simulaciones mostró que el flujo laminar a bajas velocidades se puede modelar como fluido incompresible e irrotacional bajo una aproximación bidimensional a lo largo de su sección longitudinal. Se observa que modificaciones en la geometría del túnel pueden mejorar el flujo en la sección de ensayos del túnel de viento en el régimen laminar.

Performance Study of Different Blade Profiles of a Wind Turbine to Harness of Low-Speed Winds

Resumen Contexto: Las turbinas eólicas de eje vertical, y en particular las turbinas de arrastre tipo Savonius, áventajan a los otros tipos de turbinas en aplicaciones que comprenden vientos erráticos y de baja velocidad. Si bien su eficiencia esta entre las más bajas, esto puede verse compensado con sus bajos costos, lo que las convierte en una alternativa sostenible y atractiva para este tipo de aplicaciones. En esta investigación se busca seleccionar la geometría de mayor rendimiento para el alabe de una turbina eólica tipo Savonius. Método: Para ello, se analizan numéricamente diversas configuraciones geométricas empleadas en este tipo de turbinas, las cuales fueron consultadas en la literatura. Todos los modelos de perfil son estudiados bajo los mismos parámetros y modelos de dinámica de fluidos computacional a través del software ANSYS Fluent. Resultados: A través de las simulaciones computacionales se estiman las condiciones de optimo rendimiento de cada una de las geometrías. Dichas condiciones permiten comparar, bajo los mismos términos, el desempeño de los perfiles e identificar los de mayor rendimiento. Se determina que el perfil semicircular convencional y el conocido como Bach modificado presentan coeficientes de potencia de 0,287 y 0,395 respectivamente, lo que representa un aumento en su rendimiento del 37,8 %. Conclusiones: Este resultado superior motiva a un análisis detallado del perfil Bach modificado qué permita encontrar las proporciones geométricas óptimas para su desempeño aerodinámico.

Abstract Context: Vertical-axis wind turbines, and Savonius-type turbines in particular, outstrip other types of turbines in applications that include erratic and low-speed winds. Although their efficiency is among the lowest, this can be compensated by their low cost, turning them into a sustainable alternative which is also appealing for this type of applications. This research seeks to select the highest-performance geometry for the blade of a Savonius-type wind turbine. Method: To this effect, various geometric configurations used in this type of turbines, which were consulted in the literature, are numerically analyzed. All the profile models are studied under the same computational fluid dynamics parameters and models through the ANSYS Fluent software. Results: Through computational simulations, the optimal performance conditions of each of the geometries are estimated. These conditions allow comparing the performance of the profiles under the same terms, as well as identifying the ones with the highest performance. It is determined that the conventional semicircular profile and the one known as the modified Bach have power coefficients of 0,287 and 0,395, respectively, which represents a performance increase of 37,8 %. Conclusions: These superior results motivate a detailed analysis of the modified Bach profile which allows finding the optimal geometric proportions for its aerodynamic performance.

Capital Requirements to Cover Operational Risk in Financial Institutions of Emerging Markets A Gaussian Copula Model

Abstract Context: Advanced Measurement Approach (AMA) has been the umbrella to identify the models used for modeling the capital to cover Operational Risk (Total Operational Value at Risk, OpVaR) in financial institutions in developed countries. The Loss Distribution Approach (LDA) has been the most popular model used by international banks for OpVaR calculation. However, operational losses often have multivariate dependences that are not accounted for in the LDA. This paper applies a Gaussian copula to model the multivariate dependences in operational losses. Method: Two models were compared to estimate capital requirement for operational risk. Model (i) is the standard LDA model (BCBS 2004). Model (ii) incorporates a multivariate Gaussian copula into the LDA to model multivariate dependence between operational losses (severities). This research analyzes an operational loss data set, SAS® Operational Risk Global Data (SAS OpRisk Global Data), in order to model operational risk at financial institutions in emerging markets between 1990 and 2013. Results: The impact of Model (ii) was evaluated on the estimates of the total regulatory capital for operational risk and compared with the one predicted by (i). The results confirm the existence of diversification benefit up to 33 %. Conclusions: Modeling explicitly the multivariate dependence between operational losses has a clear impact on capital requirement for institutions in emerging markets. The implementation of a Gaussian copula into the LDA model provides a sophisticated tool to estimate operational risk capital in emerging markets, as well as the possibility for diversification benefit.

Resumen Contexto: Bajo el Enfoque de Medición Avanzada (AMA) se han identificado los modelos utilizados para modelar el capital necesario para cubrir el Riesgo Operacional (Valor Operacional Total del Riesgo, OpVaR) en instituciones financieras de países desarrollados. El Enfoque de Distribución de Pérdida (LDA) ha sido el modelo más popular usado por bancos internacionales para calcular el OpVaR. Sin embargo, las pérdidas operacionales suelen tener dependencias multivariadas que no son tenidas en cuenta en el LDA. Este artículo aplica una cópula Gaussiana para modelar las dependencias multivariadas en pérdidas operacionales. Método: Se compararon dos modelos para estimar el requerimiento de capital para el riesgo operacional. El Modelo (i) es el modelo estándar LDA (BCBS 2004). El Modelo (ii) incorpora una copula Gaussiana al LDA para modelar la dependencia multivariada entre pérdidas operacionales (severidades). Para modelar el riesgo operacional en instituciones financieras de mercados emergentes, se emplearon datos reales de perdidas operacionales entre 1990 y 2013 provistas por SAS® Operational Risk Global Data (SAS OpRisk Global Data). Resultados: El impacto del Modelo (ii) se evaluó con respecto a los estimados del capital total regulatorio para el riesgo operacional y se comparó con el predicho por (i). Los resultados confirman la existencia de un beneficio de diversificación de hasta 33 %. Conclusiones: Modelar explícitamente la dependencia multivariada entre pérdidas operacionales tiene un claro impacto sobre el requerimiento de capital para instituciones financieras en mercados emergentes. La implementación de la cópula Gaussiana en el modelo LDA provee una herramienta sofisticada para estimar el capital de riesgo operacional en mercados emergentes, así como la posibilidad de obtener beneficio por diversificación.

Evaluation of the Accuracy of the Sound Field Separation Method under Variations in the Location of the Sampling Points

Abstract Context: Measuring the directivity characteristics and the frequency response of acoustic sources is a difficult process, as the dimensions and boundary conditions of the testing rooms used could constrain the measurement procedure. The testing room should guarantee a free-field condition, which is usually satisfied by using big acoustic absorbers with fibrous materials with high absorption coefficients. Ho wever, standing wave patterns can be easily developed due to the frequency range exciting the testing room. Method: The sound field separation method can isolate the radiated field of an acoustic source by sampling the sound field around it over two holographic spheres. The coordinates of the sampling points are used in a set of equations, whose solution can estimate the radiated field. In this paper, the effect of the variability on the actual positions of these sampling points is investigated. Results: Two numerical simulations with and without external sources outside the holographic spheres were performed. In all simulations, variations in the radial position of the sampling points were induced, and the relative reconstruction error, the directivity index, and the frequency response were studied. The results indicate that, for estimating the directivity of low-frequency acoustic sources, regardless of the presence of external sources, radial positioning of the sensors does not have to be exact to obtain an accurate reconstruction. Conclusions: This study suggests that, in the experimental characterization in conventional testing rooms of the radiated field from acoustic sources whose main frequency region corresponds to low frequencies, e.g. subwoofers, the SFS method could be used, thus obtaining high accuracy in the estimation of the directivity of the source.

Resumen Contexto: La medición de las características de directividad y de respuesta en frecuencia de fuentes acústicas es un procedimiento difícil debido a que las dimensiones y condiciones de frontera del recinto dentro del cual se hace el ensayo podrían limitar el procedimiento de medición. El recinto de ensayo debería garantizar condición de campo libre, lo cual se consigue usualmente con absortores acústicos de gran dimensión hechos de materiales fibrosos con altos coeficientes de absorción. Sin embargo, se pueden desarrollar con facilidad patrones de ondas estacionarias debido al rango de frecuencia que hace vibrar el recinto de ensayo. Método: El método de separación de campos sonoros puede aislar el campo irradiado por una fuente acústica a través del muestreo del campo sonoro alrededor de ella en dos esferas holográficas. Las coordenadas de los puntos de muestreo se usan en un conjunto de ecuaciones cuya solución permite estimar el campo irradiado. En este artículo se investiga el efecto de la variación en las posiciones reales de los puntos de muestreo. Resultados: Se hicieron dos simulaciones numéricas fuera de las esferas holográficas, una sin fuentes externas y otra con fuentes externas. En todas las simulaciones se indujeron variaciones en las posiciones radiales de los puntos de muestreo y se estimaron el error relativo de reconstrucción, el índice de directividad y la respuesta de frecuencia. Los resultados indican que, para estimar el índice de directividad de fuentes acústicas de bajas frecuencias, independientemente de la presencia de fuentes externas, la posición radial de los sensores no tiene que ser exacta para lograr una estimación precisa. Conclusiones: Este estudio sugiere que, en la caracterización experimental en recintos convencionales del campo irradiado por fuentes acústicas cuyo rango de frecuencia predominante es el de bajas frecuencias, por ejemplo, subwoofers, el método de separación de campos puede ser usado, obteniendo resultados de alta precisión en la estimación de la directividad de la fuente.

A P-Robustness Approach for the Stochastic Inventory Routing Problem

Abstract Context: Approaches to logistics solutions through mathematical optimization are widely studied in the literature given their importance for business operations and their computational complexity. In this way, studying the uncertainty associated to operations is a key factor in modeling and decision-making. Method: A stochastic mathematical model is proposed for the Inventory Routing Problem (IRP), considering scenarios with variation in the demands. To obtain a suitable approach, a p-robustness approach and the reformulation of the classical IRP are presented. Results: The performed experiments show the benefits of including uncertainty through a p-robust approach when they are analyzed within an instance of the IRP. Moreover, given the selected modeling, the benefits of combining the approaches can be analyzed. Conclusions: The development of stochastic approaches for decision-making applied to the IRP allow analysts to handle uncertainty and also reduce the complexity of decision when combining different types of problems (Routing + Inventory) in the same model.

Resumen Contexto: Las aproximaciones de soluciones logísticas a través de la optimización matemática son altamente estudiadas en la literatura debido a su importancia en las operaciones de las compañías y su complejidad computacional. En este sentido, el estudio de la incertidumbre asociada a la operación es un factor fundamental del modelamiento y la toma de decisiones. Método: Un modelo matemático estocástico es propuesto para el problema combinado de ruteo e inventario (IRP), considerando escenarios de variaciones en la demanda. Para obtener un enfoque adecuado, se presenta una aproximación de p-robusto y la reformulación del problema clásico de aplicación. Resultados: Los experimentos realizados muestran los beneficios de incluir la incertidumbre a través de la aproximación de p-robusto cuando se analizan en el marco de una instancia del IRP. También, dado el tipo de modelado seleccionado, se pueden analizar los beneficios de combinar las aproximaciones. Conclusiones: El desarrollo de aproximaciones estocásticas de toma de decisiones aplicadas al problema IRP permite a los analistas gestionar la incertidumbre y reducir la complejidad de las decisiones cuando se combinan diferentes tipos de problemas (Ruteo + Inventario) en un mismo modelo.

Preservation of Minimally Processed Pineapple: Evaluation of Physicochemical Parameters

Resumen Contexto: El alto consumo de piña a nivel mundial requiere que el mercado ofrezca diferentes alternativas de comercialización, incluyendo productos mínimamente procesados. Los cambios indeseables en el producto durante el almacenamiento pueden reducirse mediante las condiciones de procesamiento y empaque. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del tipo de empaque, el pretratamiento y el tipo de corte sobre parámetros de calidad de piña fresca cortada. Método: La piña fue cortada en cubos de 2 cm de lado y en cuartos de rodaja de 1,5 cm de espesor. Las muestras se almacenaron en envases PET con o sin almohadilla absorbente. Se evaluó además el preenfriamiento de las muestras. Se evaluaron propiedades de calidad del producto durante 14 días de almacenamiento. Resultados: Los cuartos de rodaja presentaron menor pérdida de peso, mantuvieron el color, el contenido de vitamina C, los polifenoles y la capacidad antioxidante, mientras el corte en cubos presentó mejor comportamiento en cuanto a la firmeza. El uso de almohadillas absorbentes aceleró la pérdida de peso, el preenfriamiento no mostró un efecto significativo en las variables de respuesta. Conclusiones: Los resultados obtenidos sugieren que es posible mantener las propiedades de calidad de piña variedad MD2 mínimamente procesada cortada en cuartos de rodaja y empacada en envases PET conservando la vitamina C y los compuestos fenólicos.

Abstract Context: The high consumption of pineapple worldwide requires that the market offer different commercialization alternatives, including minimally processed products. Undesirable changes in the product during storage can be reduced by its processing and packaging conditions. This work aimed to evaluate the effect of the type of packaging, the pretreatment, and the type of cut on fresh-cut pineapple quality parameters. Method: The pineapple was cut into 2 cm cubes and quarter slices of 1,5 cm thickness. Samples were stored in PET containers with or without an absorbent pad. The precooling of the samples was also evaluated. The quality properties of the fruit were evaluated during 14 days of storage. Results: The quarter slices showed less weight loss and maintained their color, vitamin C content, polyphenols, and antioxidant capacity, whereas the cut in cubes showed a better performance in terms of firmness. The use of absorbent pads accelerated the weight loss. Precooling did not show a significant effect in the response variables. Conclusions: The results obtained suggest that it is possible to maintain the quality properties of minimally processed pineapple of the MD2 variety when it is cut in quarter slices and packaged in PET containers, thus preserving the vitamin C content and phenolic compounds.

Sustainable Energy Use of a Geothermal Resource: The Case of the Luis Prieto Gómez Plant Dosing Room

Resumen Contexto: La potabilización de agua como proceso industrial demanda energía para su operación, así que con el fin de suplir la energía eléctrica que requiere la calefacción del ambiente de la sala en la que se realiza la dosificación de productos químicos, se exploró la matriz energética no convencional mediante la determinación de la viabilidad ambiental y financiera de un sistema de calefacción sostenible que aprovechara el calor del agua termal que llega a la Planta Luis Prieto Gómez proveniente del Volcán Nevado del Ruiz. Método: Se realizó una investigación de tipo mixto mediante un diseño de campo para caracterizar el contexto del aprovechamiento, una asesoría especializada para determinar el sistema de calefacción y una revisión bibliográfica para abordar el análisis financiero por flujo de caja, el análisis ambiental por huella de carbono y la sostenibilidad de la propuesta. Resultados: Se determinó el contexto del aprovechamiento del calor y se caracterizó la carga térmica requerida al interior de la sala, con lo cual se estableció que un sistema de intercambiadores de calor tubulares generaba la viabilidad operativa, con una proyección de ahorro económico de un 78 % frente a un sistema convencional y una reducción de impactos ambientales representados en 3,25 toneladas de CO2 menos emitidas a la atmósfera anualmente. Conclusiones: Se respondió a la incorporación de la sostenibilidad energética para la generación de las condiciones operativas dentro de la producción de agua potable en la planta, partiendo desde la concepción del uso del agua termal como recurso renovable, sumado a la producción de calor por medio de un ciclo de vida cerrado, demostrando un diálogo entre las esferas económica, ambiental y social como lo requiere el desarrollo sostenible.

Abstract Context: Water treatment as an industrial process requires energy for its operation, so, in order to supply the electrical energy that requires the heating of the room in which the dosing process of chemical products is performed, the exploration of alternative energies was proposed through the determination of the environmental and financial viability of a heating system, which uses the heat of the thermal water from the Nevado del Ruiz volcano that reaches the Luis Prieto Gómez Plant. Method: A mixed type research was conducted by means of a field study to characterize the context of its use, a specialized advice to determine the heating system, and a bibliographic review to perform the financial analysis by cash flow, the environmental analysis by carbon footprint, and the sustainability of the proposal. Results: The context of the heat use was determined, and the thermal load required inside the room was characterized. Based on this characterization, it was established that a circuit system of tubular heat exchangers generated operational viability with an economic saving projection of 78 %, in comparison with a conventional system and a reduction of environmental impacts represented by a decrease of 3,25 annual tons of CO2 emitted into the atmosphere. Conclusions: The incorporation of energy sustainability for the generation of operating conditions for water treatment was achieved, starting from the conception of the use of thermal water as a renewable resource, together with the production of heat through a closed lifecycle, thus demonstrating a dialogue between the economic, environmental, and social spheres as required by sustainable development.

Effect of the Power and Number of Paddles of a Rotatory Aerator on Dissolved Oxygen Transfer in Water

Resumen Contexto: La transferencia del oxígeno disuelto (OD) es un tema de importancia para la calidad del agua. Diversos dispositivos se han diseñado para suministrar el OD requerido en algunos cuerpos de agua durante su tratamiento y restauración; sin embargo, estos conllevan un alto consumo de energía, requiriendo optimizar los parámetros de uso. Método: Este trabajo estudió el efecto de la potencia y número de aspas utilizadas en un aireador de eje horizontal. Las mediciones se realizaron en muestras de agua anóxica, utilizando tres dispositivos aireadores conformados por 6, 12 y 24 aspas, variando la velocidad de rotación a partir del voltaje suministrado. Resultados: Los mayores valores obtenidos del coeficiente de transferencia K L a se presentan en dispositivos con mayor cantidad de aspas. Sin embargo, la eficiencia estándar de aireación (SAE) y la eficiencia de transferencia de oxígeno estándar (SOTR) revelaron que el dispositivo con 6 aspas presenta una mayor eficiencia energética. Conclusiones: Se demostró que la transferencia de OD no depende únicamente de los impactos asociados al número de aspas, y que la máxima eficiencia en la transferencia se obtiene con un menor número de aspas. Estos resultados pueden contribuir en mejorar el entendimiento del funcionamiento de estos sistemas mecánicos en términos de transferencia de OD.

Abstract Context: Dissolved oxygen (DO) transfer is an important matter for water quality. Several devices have been designed to supply the required DO in some bodies of water during their treatment and restoration. However, these entail a high energy consumption, thus requiring the optimization of use parameters. Method: This work studies the effect of the power and number of paddles used in a horizontal axis aerator. Measurements were made on anoxic water samples using three mechanical aerating devices made up of 6, 12, and 24 paddles while varying the rotation speed from the supplied voltage. Results: The highest values obtained for the transfer coefficient K L a are reported by devices with a greater number of blades. Nevertheless, the Standard Aeration Efficiency (SAE) and the Standard Oxygen Transfer Rate (SOTR) efficiency reveal that the 6-paddle wheels are more energy-efficient. Conclusions: It is shown that DO transfer does not depend solely on the impacts associated with the number of paddles, and that the maximum transfer efficiency is obtained with a lower number of paddles. These results contribute to improving the understanding of the operation of these mechanical systems in terms of DO transfer.