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Electric vehicle routing problem with backhauls considering the location of charging stations and the operation of the electric power distribution system

Abstract Logistics companies are strongly encouraged to make their operations greener through efficient solutions implementing electric vehicles (EVs). However, driving range is one of the aspects that restricts the introduction of EVs in logistics fleets, due to the limited capacity of their batteries to complete the routes. In this regard, a framework should be developed to virtually increase said battery capacity by locating EV charging stations (EVCSs) along the transportation network to the completion of their routes. On the other hand, Distribution Network Operators (DNOs) express a concern associated with the inclusion of new power demands to be satisfied (installation of EVCSs) in the Distribution Network (DN), without reducing the optimal power supply management for the end-users. Under these circumstances, this paper introduces an Electric Vehicle Routing Problem with Backhauls and an optimal operation of the Distribution Network (EVRPB-DN), which is formulated as a mixed-integer linear programming model that considers the operation of the DN in conditions of maximum power demand. Different candidate points are considered to recharge EVs’ batteries at the end of the linehaul or during backhaul routes. This problem is formulated adopting a multi-objective approach where transportation and the operation of power distribution networks are modeled. The performance and effectiveness of the proposed formulation is tested in instances of the VRPB (Vehicle Routing Problem with Backhauls) along with distribution test systems in the specialized literature. Pareto fronts are presented for each instance using the ε-constraint method.

Resumen Las compañías logísticas están altamente motivadas en hacer que sus operaciones sean menos contaminantes a través de una solución eficiente con vehículos eléctricos (VEs). Sin embargo, el rango de conducción es uno de los aspectos limitantes en la inserción de los vehículos eléctricos en las flotas logísticas, debido a la baja capacidad proporcionada por las baterías para completar las rutas. En este sentido, es necesario desarrollar un marco de trabajo para incrementar de forma virtual la capacidad de la batería, por medio de la ubicación de estaciones de recarga a lo largo de la red de transporte, y completar las rutas satisfactoriamente. Por otro lado, los operadores de redes de distribución expresan su preocupación asociada a la inclusión de nuevas cargas eléctricas (estaciones de recarga de VEs), sin desmejorar la gestión óptima de suministro de energía a los usuarios finales. Bajo estas circunstancias, en este artículo se introduce el problema de ruteamiento de vehículos eléctricos con recogidas, formulado como un modelo de programación lineal entera mixta y considerando la operación del sistema de distribución en condiciones de máxima demanda. Se consideran diferentes puntos candidatos a estaciones de recarga de VEs para recargar la batería al final de una ruta linehaul o durante la ruta backhaul. El problema se formula con un enfoque multiobjetivo, donde se modela la operación de las redes de transporte y de distribución de energía eléctrica. El modelo propuesto es evaluado en instancias del VRPB (Vehicle Routing Problem with Backhauls) junto con sistemas de prueba de distribución de la literatura especializada. Para cada prueba, se presentan los correspondientes frentes de Pareto usando el método ε-constraint.

Social Network Analysis for an Innovation System Generated Starting from an Agent-Based Simulation Model

Resumen El siguiente trabajo muestra los resultados obtenidos tras realizar un Análisis de Redes Sociales a un sistema de innovación, con la particularidad de que dicho sistema es generado a partir de un modelo de Simulación Basada en Agentes. El objetivo principal de este artículo es mostrar que la combinación de ambas metodologías (Análisis de Redes Sociales y Simulación Basada en Agentes) puede ser exitosa en la obtención de nuevos hallazgos y aportar a la comprensión de cómo se conforman y se comportan los sistemas de innovación. La simulación permite ver cómo emerge el sistema y estudiar sus comportamientos, allí se visualiza cómo las capacidades de innovación de los agentes condicionan su relacionamiento y cómo dichas relaciones determinan su adaptación, especialización, su supervivencia en el tiempo y la evolución de la red misma. Por otra parte, el Análisis de Redes Sociales permite entender la estructura relacional del sistema y cómo esta afecta su comportamiento, el análisis se aplica en cuatro momentos de tiempo distanciados entre sí por cinco periodos, y en cada uno de ellos se analizan diferentes indicadores, tanto de nivel nodal como de nivel estructural. El análisis construido sirve como herramienta de entendimiento y orientación a los gobiernos para la formulación de políticas asociadas a los sistemas regionales y nacionales de innovación. Finalmente, se muestra cómo a partir de micro-mundos virtuales puede extraerse información importante sobre las dinámicas de los sistemas de innovación, abriendo así la posibilidad de contestar preguntas del tipo ¿qué pasaría sí…?

Abstract The following work presents the results obtained after a Social Network Analysis applied to an innovation system, with the particularity that the system is generated starting from an Agent-Based Simulation model. The main objective of this work is to show that the combination of both methodologies (Social Network Analysis and Agent-Based Simulation) could be successful to obtain new findings and contributes to understanding how the innovation systems conform and behave. The simulation allows to observe how the system emerges and study its behaviors, it shows how the innovation capabilities of the agents condition their relationship and how these relationships determine their adaptation, specialization, their survival over time and the evolution of the network itself. Subsequently, the Social Network Analysis allows to understand the relational structure of the system and how it affects its behavior, the analysis is applied in four moments of time which are separated from each other by five periods, and in each of them different network indicators are analyzed, both at the nodal level and the structural level. The constructed analysis serves as a tool for understanding and guidance to governments for the formulation of policies associated with regional and national innovation systems. Finally, it is shown how, from virtual micro-worlds, important information can be extracted about the dynamics of the innovation systems, thus opening the possibility of answering questions of the type What would happen if ...?

Model of dynamic allocation of storage places in Cross Docking centers

Resumen Este trabajo describe una metodología para la asignación de lugares de almacenamiento temporal en centros tipo Cross Docking, para lo cual se desarrolla un modelo cuyo principal aporte es la asignación dinámica de productos entrantes a estos lugares de almacenamiento. El modelo minimiza los costos asociados al inventario final de los productos y los costos asociados a las distancias recorridas por unidad de carga. Se logra, además, una reducción del tiempo de permanencia y una aceleración del flujo de los productos desde la recepción hasta el despacho. Como principal conclusión, se identifica la importancia de las asignaciones puerta a puerta, en la reducción de los costos.

Abstract This paper describes the methodology applicable to temporary storage in Cross Docking centers using a mathematical model. This model favors the dynamic allocation of storage places to incoming products in Cross Docking centers, reducing the costs associated with the final inventory of each of the products and the costs associated with the distances covered by each load unit. It also achieves a reduction in the time of permanence and an acceleration of the flow of products from reception to dispatch.

Location and optimal sizing of photovoltaic sources in an isolated mini-grid

Abstract This article introduces a new mixed integer linear programming model that guarantees the optimal solution to the location and sizing problem of distributed photovoltaic generators in an isolated mini-grid. The solar radiation curves of each node in the mini-grids were considered, and the main objective was to minimize electric power losses in the operation of the system. The model is non-linear in nature because some restrictions are not linear. However, this article proposes the use of linearization techniques to obtain a linear model with a global optimal solution, which can be achieved through commercial solvers; CPLEX in this case. The proposed model was tested in an isolated 14-bus mini-grid, based on real data of topology, demand and generation adapted to a balanced operation. This model shows, as a result, the optimal location of photovoltaic generators and their optimal capacity produced by the maximum active power delivered at the maximum solar irradiation time of the region. It is also evident that the hybrid operation between small hydroelectric power plants and photovoltaic generation improves the network voltage profile and the electric power losses without the use power storage systems.

Resumen Este artículo presenta un nuevo modelo de programación lineal entera mixta que garantiza la solución óptima al problema de ubicación y dimensionamiento de generadores fotovoltaicos distribuidos, contemplando las curvas de radiación solar de cada nodo de las mini-redes aisladas y teniendo en cuenta como principal objetivo, minimizar las pérdidas de energía eléctrica en la operación del sistema. El modelo es de naturaleza no lineal, debido a que algunas restricciones no son lineales, sin embargo, en este artículo se propone utilizar técnicas de linealización para obtener un modelo lineal con una solución óptima global, el cual puede ser resuelto a través de analizadores de valor óptimo comerciales, para este trabajo se utilizó el solucionador comercial CPLEX. El modelo propuesto fue probado en una mini-red aislada de 14 nodos, basada en datos reales de topología, demanda y generación, adaptados a una operación balanceada. Este modelo, presenta como resultado la ubicación óptima de los generadores fotovoltaicos y su capacidad óptima dada por la máxima potencia activa entregada en el momento de máxima irradiación solar de la región. También se evidencia que la operación hibrida PCH-PV mejora el perfil de tensión de la red y las pérdidas de energía eléctrica sin la utilización de sistemas de almacenamiento de energía.

Production and characterization of composite materials with epoxy resin matrices reinforced with tire rubber and magnetite in different proportions

Resumen Este trabajo describe la producción y caracterización magnética de un compuesto a base de resina epoxi y caucho pulverizado reforzado con magnetita (Fe 3 O 4 ) en polvo. Además, se presenta el análisis realizado a los compuestos en función de la carga magnética dentro de la matriz polimérica. Las propiedades magnéticas del material se realizaron a diferentes temperaturas en un rango magnético de -30000 a 30000 0e. La morfología tanto de los precursores como de los compuestos fue determinada por microscopía electrónica de barrido (MEB) y la caracterización estructural fue realizada por difracción de rayos X (DRX). El patrón de difracción obtenido en las mediciones de DRX permite observar que, con la adición de magnetita en polvo en la matriz plástica, se crea una transición amorfo-cristalina en el material. A través de las imágenes obtenidas por MEB se observa la presencia de hematita en el precursor (Fe 3 O 4 ) y un tamaño irregular en las muestras. Los compuestos se comportan como un material magnético blando y presenta cambios en la variación de la fuerza coercitiva, tanto con el incremento de temperatura como con la variación de porcentaje de volumen de magnetita en la matriz polimérica. El material fabricado puede ser utilizado en aplicaciones donde el compuesto debe ser fácilmente detectable.

Abstract This work describes the production and magnetic characterization of a compound base on epoxy resin and powdered rubber reinforced with magnetite (Fe 3 O 4 ) poder. Also it is presented the análisis carried out on the components, which are according to the magnetic charging inside the polymeric matrix. the magnetic properties of the material they were made at different temperaturas in a magnetic range from -30000 to 30000 Oe the morphology of both the precursons like the compounds was determined by scanning electron microscopy and structural characterizatin was performed by X- ray diffraction (XRD). The diffraction pattern obtained in the XRD measurements allows us to observe that, with the addition of powdered magnetite in the plastic matrix, an amorphous-crystalline transition is created in the material. Through the images obtained by SEM, the presence of hematite in the precursor (Fe 3 O 4 ) and irregular size in the samples is observed. The compounds behave like a soft magnetic material and present changes in the variation of the coercive force, both with the increase in temperature and with the percentage variation of magnetite volume in the polymer matrix. The manufactured material can be used in applications where the compound should be easily detectable.

Development of coatings from zircon sand by oxyacetilene flame spraying for application on refractory bricks

Resumen En el presente trabajo se documenta el desarrollo experimental empleado para obtener mediante proyección térmica por llama oxiacetilénica, recubrimientos a partir de arena de circonio (ZrSiO4) de origen mineral y de una mezcla de ZrSiO4 con 50 % en peso de alúmina comercial referencia Oerlikon-Metco 105 SFP. La arena de ZrSiO4 fue molida y tamizada, con el fin de seleccionar las fracciones de tamaño de partícula -37 +25 µm y -25 µm. Diferentes parámetros de proyección térmica fueron simulados con la herramienta computacional Jets et Poudres SPCTS versión 2002-2009 y las condiciones con mayor potencial para obtener recubrimientos fueron verificadas experimentalmente. Los recubrimientos elaborados sobre sustratos refractarios silico-aluminosos fueron caracterizados mediante MEB y DRX, encontrando que aquellos depositados a partir de la fracción de tamaño más fina, utilizando una llama producida con 22 y 70 L/min de acetileno y oxígeno respectivamente, a una distancia de proyección de 10 cm y con una velocidad de desplazamiento de la antorcha de 0,275 cm/s y con una rotación de los sustratos de 34,57 rpm fueron los que presentaron las mejores características estructurales. La porosidad de los recubrimientos fabricados a partir de la arena de circonio y de la mezcla ZrSiO4 con alúmina fueron de 30,5 ± 6,6% y 20,3 ± 9,2% en área y su dureza fue de 3.06±0.70 GPa y 6.0±0.30 GPa, respectivamente. A partir de los resultados obtenidos se concluye que es posible la utilización de este mineral como materia prima en el proceso de proyección térmica oxiacetilénica.

Abstract In this paper, the experimental development used to flame sprayed coatings from mineral zircon sand (ZrSiO4) and a mixture of ZrSiO4 with 50 wt.% of commercial alumina Oerlikon Metco 105 SFP is presented. The ZrSiO4 sand was milled and sieved to obtain the particle sizes distribution corresponding to -37 +25 (m and -25 (m. Different parameters of thermal spraying process were simulated with the Jets & Poudres SPCTS software version 2002-2009 and the conditions with the greatest potential to obtain coatings were verified experimentally. The coatings elaborated on silico-aluminous refractory substrates were characterized by SEM and XRD, finding that those deposited from the lower size distribution, using a flame produced with 22 and 70 L / min of acetylene and oxygen respectively, at a spray distance of 10 cm and with a displacement of the gun of 0,275 cm/s and with a rotation of the substrate of 34,57 rpm were those that presented the best structural characteristics. The porosities of coatings sprayed from ZrSiO4 sand and the mixture of ZrSiO4 with Al2O3 were 30,5 ± 6,6% and 20.3 ± 9.2% in area and their Vickers hardness were 3.06 ± 0.70 GPa and 6.0 ± 0.30 GPa, respectively. From the results obtained it was concluded that it is possible to use this mineral as a raw material in the Oxy-acetylene flame thermal spraying process.

Implementation of the TRIGRS model with reliability analysis for hazard assessment of shallow rainfall-triggered landslides

Resumen Los deslizamientos detonados por la infiltración de las lluvias son comunes en las regiones tropicales. La falla de taludes representa una de las causas más comunes de pérdidas humanas y económicas en todo el mundo. El presente trabajo presenta una metodología para la evaluación de la amenaza a deslizamientos superficiales detonados por lluvia. La metodología implementada utiliza el modelo de base física - TRIGRS (Transient Rainfall Infiltration and Gridbased Slope-Stability), así como un análisis de confiabilidad a través del método probabilístico FOSM (First Order Second Moment), permitiendo incorporar la incertidumbre sobre los parámetros de resistencia del suelo (cohesión y fricción) y el espesor de la superficie de falla. Estos parámetros presentan gran variabilidad asociada a las condiciones geológicas y geomorfológicas de cada zona en particular. Adicionalmente, la metodología utilizada permite un análisis adecuado del efecto del proceso de infiltración de la lluvia en la inestabilidad de los suelos, ya que considera tanto las características de la lluvia (intensidad-duración), como la permeabilidad y los parámetros de resistencia del suelo. El contraste de los resultados obtenidos utilizando FOSM en relación con los resultados determinísticos, resalta la importancia de considerar la incertidumbre dentro del análisis de estabilidad. El procedimiento presentado y los resultados obtenidos pretenden mostrar una herramienta útil para la ordenación y planificación del territorio que permita una mirada progresiva y sostenible en el desarrollo socio-económico de las zonas susceptibles a deslizamientos detonados por lluvia.

Abstract Landslides triggered by rainfall infiltration are common in tropical regions. Slope failures represent one of the most common causes of human and economic losses around the world. This study presents a methodology for hazard assessment of shallow landslides triggered by rainfall. The implemented methodology uses the physical based model - TRIGRS (Transient Rainfall Infiltration and Gridbased Slope-Stability), as well as a reliability analysis using the FOSM probabilistic method (First Order Second Moment), which allow to incorporate the uncertainty of strength parameters of the soil (cohesion and friction) and the thickness of the failure surface, these soil properties present great variability associated with the geological and geomorphological conditions for each zone. Additionally, the used methodology allows an adequate analysis of the effect of the rainfall infiltration process on the soil instability since it considers both, the rainfall characteristics (intensity-duration), as well as the hydraulic conductivity and the strength parameters of the soil. The contrast of the results obtained by the FOSM compared to the deterministic results, highlights the importance of considering the uncertainty within the stability analysis. The procedure and obtained results intend to show a useful tool for land use plans, that allows a progressive and sustainable socio-economic development of the areas which can be susceptible to landslides triggered by rainfall infiltration.

Prostasomas: search of biomarkers for the early detection of prostate cancer

Resumen El cáncer de próstata es la segunda enfermedad más diagnosticada en hombres a nivel mundial, con una tasa de mortalidad creciente en los últimos años. Actualmente, se cuenta con dos pruebas de detección temprana: la medición de los niveles en sangre del antígeno prostático específico y el tacto rectal de la próstata. Sin embargo, estas pruebas no presentan óptima especificidad y sensibilidad para su detección. Aunque diferentes estudios han buscado nuevos biomarcadores mediante la implementación de tecnologías, como secuenciación de nueva generación, espectrometría de masas, entre otras, aún persisten las mismas desventajas, por lo que no les ha permitido a estos su uso en la práctica clínica; razón por la cual, el descubrimiento de nuevos biomarcadores para el diagnóstico de cáncer de próstata, constituye un desafío para la comunidad científica. Los prostasomas corresponden a vesículas extracelulares secretadas por el tejido prostático normal o tumoral que pueden ser detectadas en diferentes fluidos. Estructuralmente, los prostasomas difieren de otros exosomas, por su tamaño, composición de membrana y contenido específico de proteínas, lo que los convierten en una fuente potencial y novedosa de biomarcadores clínicos. En este contexto, esta revisión presenta un panorama general de los biomarcadores proteicos, aislados desde prostasomas presentes en diferentes fluidos biológicos, para el posible diagnóstico de cáncer de próstata. Para ello se realizó una búsqueda sistemática en PubMed para estudios en proteómica para cáncer de próstata, con criterios como: vesículas extracelulares, exosomas y prostasomas, asimismo, sangre, orina, líquido seminal, entre otras muestras biológicas.

Abstract Prostate cancer is the second most diagnosed disease among men worldwide, with a growing mortality rate in recent years. Currently, two methods can be used for early detection: prostate-specific antigen blood tests and digital rectal exams. However, their specificity and detection sensitivity are not optimal. Although several studies have searched for new biomarkers by implementing technologies such as next-generation sequencing and mass spectrometry, the same disadvantages persist. For that reason, biomarkers are not allowed in clinical practice and, therefore, discovering new ones to diagnose prostate cancer is a challenge for the scientific community. Prostasomes are extracellular vesicles secreted by healthy or tumoral prostatic tissue that can be detected in different fluids. Prostasomes are different from other exosomes in size, membrane composition, and specific protein content, which makes them a potential and novel source of clinical biomarkers. In such context, this review article presents a general overview of protein biomarkers isolated from prostasomes present in different biological fluids for the possible diagnosis of prostate cancer. For that purpose, a systematic search was conducted in PubMed to find proteomic studies regarding prostate cancer using terms such as extracellular vesicles, exosomes, prostasomes, blood, urine, and seminal fluid, among other biological samples.

Evaluation of the phenol degradation capacity of microalgae-bacteria consortia from the bay of Cartagena, Colombia

Abstract The development of new technologies for environmental reparation has allowed the application of inexpensive alternatives such as bioremediation, which has a high potential to treat ecosystems polluted with hydrocarbons. Microalgae-bacteria consortia have been identified as an efficient alternative for the detoxification of organic and inorganic contaminants and the removal of toxic compounds. This work investigates the phenol degradation potential of several alga-microbial consortia, which involved the algae Chlamydomonas reinhardtii and an osmotolerant phenol-resistant bacterial strain isolated from the bay of Cartagena, Colombia. A total of three bacterial strains were tested (i.e. Stenotrophomonas maltophilia, Microbacterium paraoxydans and Paenibacillus lactis) individually and in consortium with C. reinhardtii. Our data indicate a significant increase in the growth rate and a reduction in the lag phase of microorganisms in the consortium as compared to microorganisms growing in isolation. Interestingly, the inoculum ratio 2:1 (bacteria-microalgae) was shown to be the most robust taking into account that both microorganisms improved their growth. Afterward, the phenol degradation capacity of pure cultures and consortia in the presence of different phenol concentrations was evaluated. Our results reveal that such consortia perform better at low phenol concentrations; more specifically, the consortium Microbacterium paraoxydans-Chlamydomonas reinhardtii was the most effective: it reached a 49.89% phenol removal.

Resumen El desarrollo de nuevas tecnologías de remediación ambiental ha permitido la aplicación de alternativas económicas como la bioremediación, que poseen un alto potencial para tratar ecosistemas contaminados con hidrocarburos. El consorcio microalga-bacteria se ha sido identificado como una eficiente alternativa para la detoxificación de contaminantes orgánicos e inorgánicos y la remoción de diversos compuestos tóxicos. En este trabajo, hemos investigado el potencial de degradación de fenol de varios consorcios microalga-bacteria, donde cada uno involucra un alga (i.e. Chlamydomonas reinhardtii) y una cepa bacteriana osmotolerante resistente al fenol, aislada de la bahía de Cartagena, Colombia. Un total de tres cepas bacterianas fueron evaluadas (i.e. Stenotrophomonas maltophilia, Microbacterium paraoxydans and Paenibacillus lactis) individualmente y en consorcio con C. reinhardtii. Nuestros resultados muestran un incremento significativo en la tasa de crecimiento y una reducción en la fase de latencia para los microorganismos creciendo en consorcio, en comparación con los microorganismos creciendo individualmente. Interesantemente, el inóculo con proporción 2:1 (bacteria-microalga) mostró una alta robustez, basados en el hecho que ambos microorganismos mejoraron su crecimiento. EL potencial de degradación de fenol fue evaluado para cultivos puros y consorcios demostrando una mayor actividad a bajas concentraciones de fenol, en donde el consorcio Microbacterium paraoxydans- Chlamydomonas reinhardtii demostró ser el más efectivo con un porcentaje de 49.89% de remoción de fenol.