Estado da arte: dessalinização por meio de tecnologias de membrana como alternativa ao problema de escassez de água doce

Considering the scarce availability of fresh water, the accelerated growth of population and the contamination of water resources, it is necessary to look for alternatives to take advantage of the brackish resources and water from the oceans. Numerous investigations in the field of desalination processes –emphasizing in the separation by membranes–, have allowed the potabilization of sea water in economically viable conditions and without major problems. The objective of this article is to compile the main advances worldwide regarding desalination processes. As a result of the analysis of the scientific evidence found, some future challenges are highlighted, which include: use of renewable energy sources in the processes, reduction in the use of chemical products; use of innovative materials for membranes, the search for more effective and profitable pretreatment solutions, and reduction of the total cost of water for the consumer.Teniendo en cuenta la poca disponibilidad de agua dulce, el acelerado crecimiento de la población y la contaminación del recurso hídrico, es necesario buscar alternativas para aprovechar los recursos salobres y el agua contenida en los océanos. Numerosas investigaciones en el campo de los procesos de desalinización –entre los cuales se resalta la separación por membranas– han permitido volver potable el agua de mar en condiciones económicamente viables, sin grandes dificultades. El objetivo de este artículo es recopilar los principales avances a nivel mundial sobre los procesos de desalinización. Como resultado del análisis de la evidencia científica encontrada, se resaltan algunos desafíos a futuro que incluyen: el uso de fuentes de energía renovable en los procesos, la reducción en el uso de productos químicos, el uso de materiales innovadores para las membranas, la búsqueda de soluciones de pretratamiento más efectivos y rentables, y la disminución del costo total del agua para el consumidor.Ao considerar a pouca disponibilidade de água doce, o acelerado crescimento da população e a contaminação do recurso hídrico, é preciso buscar alternativas para aproveitar os recursos salubres e a água contida nos oceanos. Numerosas pesquisas no campo dos processos de dessalinização —entre os quais se destaca a separação por membranas— permitiram tornar a água do mar potável em condições economicamente viáveis, sem grandes dificuldades. O objetivo deste artigo é reunir os principais avanços mundiais sobre os processos de dessalinização. Como resultado da análise da evidencia científica encontrada, destacam-se alguns dos desafios futuros, que incluem: o uso de fontes de energia renovável nos processos, a redução no uso de produtos químicos, o uso de materiais inovadores para as membranas, a busca por soluções de pré-tratamento mais efetivas e rentáveis e a diminuição do custo total da água para o consumidor

Analysis and perspectives of anaerobic treatment and the use of biological sludge in Latin America

Los lodos biológicos son residuos generados en las plantas de tratamiento de agua residual (PTAR), como consecuencia de la sedimentación de material suspendido en las unidades primarias y por el crecimiento de la biomasa en el tratamiento biológico. Estos lodos representan una generación que alcanza cifras de 1.400 t/día en Canadá, 2.000 t/día en Estados Unidos de Norte América, 1.753 t/día en México, 1.232 t/día en Brasil entre otros, con un crecimiento esperado del 60% para el 2050. Históricamente, este tipo de sólidos, han sido dispuestos en rellenos sanitarios contribuyendo con los impactos ambientales, sociales y económicos relacionados con la gestión de residuos; sin embargo, en las últimas décadas y a nivel global se ha propuesto la aplicación de la digestión anaerobia (DA) como alternativa para el tratamiento y aprovechamiento de residuos orgánicos, dado su fácil operación, valor económico y por la posibilidad de obtener subproductos como biogás y abono. En los países latinoamericanos esta situación no es particularmente diferente, donde algunas investigaciones han centrado sus esfuerzos en estudiar las diferentes variables que tienen relación con la digestión anaerobia. En el presente artículo de revisión bibliográfica se analizaron 56 trabajos de investigación relacionados con procesos de co-digestión anaerobia, pretratamiento, modelos matemáticos, microorganismos, parámetros de operación y evaluación económica; donde, si bien se evidencia un avance importante en relación con la temática, se requiere de mayores esfuerzos que permitan la comprensión y ajuste de los diferentes parámetros, especialmente, en escalas piloto y real, posibilitando su implementación en la gestión de residuos.Biological sludge is waste generated in wastewater treatment plants, as a consequence of the sedimentation of suspended material and by the growth of biomass in the biological treatment. This sludge represents a generation that for some countries, reaches figures of 1,400 t / day in Canada, 2,000 t / day in the United States of North America, 1,753 t / day in Mexico, 1,232 t / day in Brazil, among others, with growth 60% expected by 2050. Historically, this type of solids has been disposed of in sanitary landfills, contributing to the environmental, social and economic impacts related to waste management; However, in recent decades and globally, the application of anaerobic digestion has been proposed as an alternative for the treatment of solids, given its easy operation, economic value and the possibility of obtaining by-products such as biogas and compost. In Latin American countries this situation is not particularly different, where some researches have focused their efforts on studying the different variables that are related to anaerobic digestion. In this bibliographic review article, 56 research works related to anaerobic co-digestion processes, pretreatment, mathematical models, microorganisms, operating parameters and economic evaluation were analyzed; where, although there is an important advance in relation to the subject, greater efforts are required to allow the understanding and adjustment of the different parameters, especially in pilot and real scales, enabling their implementation in waste management

Estudio de eficiencia energética de una bicicleta eléctrica urbana cargada con una estación de carga solar fotovoltáica autónoma y su cumplimiento con la regulación ecuatoriana no. ARCERNNR – 002/20

Las bicicletas eléctricas (e-bikes) son un medio de transporte sostenible emergente. Si se adoptan masivamente, ayudarían a enfrentar los desafíos de movilidad humana en las ciudades del mundo. En Cuenca, Ecuador, el Gobierno local construyó ciclovías (13,47 km) que conectan puntos estratégicos, para facilitar y fomentar la movilidad sostenible. Sin embargo, la implementación efectiva de las estrategias de electromovilidad a gran escala conlleva impactos en la red eléctrica, como el aumento de la demanda de energía y la posible disminución de su calidad debido a la distorsión armónica de la corriente de carga de la batería. El propósito de esta investigación es hacer una evaluación preliminar de dichos impactos, mediante el estudio de eficiencia energética de una e-bike urbana cargada con una estación solar fotovoltaica aislada, implementada en el Laboratorio de Micro-Red de la Universidad de Cuenca.E-bikes are an emerging sustainable means of transportation, if adopted massively, they can help face the challenges of human mobility in urban centers worldwide. In Cuenca, Ecuador, the local government built cycle routes (13.47 km) connecting strategic points to facilitate and encourage sustainable mobility. However, the effective implementation of the electromobility strategies at a large scale entails impacts on the power grid, like the increase in the energy demand and the possible decrease of the energy quality due to the harmonic distortion that characterizes the battery's charging current. This research aims to obtain a primary input to evaluate such impacts through an energy efficiency study of an urban e-bike charged by a standalone solar photovoltaic charging station implemented in the Microgrid Laboratory of Universidad de Cuenca. The methodology includes the experimental characterization of the battery's charging regime, the vehicle's energy efficiency calculation, and the evaluation of its compliance with Ecuadorian grid code No. ARCERNNR – 002/20. Results show that the battery's charger performs a charging regime standardized by German regulations, delivering 92% of charge in 4.82 hours. The e-bike's calculated average energy efficiency is 2.18 kWh/100 miles or 73.77 m/Wh, and a fuel economy of 1545.1 MPGe. Finally, the magnitude of the first four odd harmonic components and the total harmonic distortion of the charging current exceeds the limits established by the grid code in force

Time-Frequency characteristics analysis for forecasting time series of particulate matter using Support Vector Regression and Particle Swarm Optimization

La contaminación atmosférica por Material Particulado (PM) es un problema claramente reconocido a nivel mundial como uno de los factores de riesgo más importantes para la salud humana, en los últimos años han surgido diferentes modelos basados en inteligencia artificial para predecir la concentración de PM, con el fin de generar sistemas de alerta temprana que eviten la exposición de las personas. En este trabajo, se analizó un esquema de caracterización en el dominio tiempo-frecuencia usando la transformada Wavelet para la predicción de series temporales de PM10 y PM2.5 usando un algoritmo de Regresión por Vectores de Soporte optimizado por Enjambre de Partículas (SVR-PSO), además, se evaluó el efecto de la imputación de datos sobre las estimaciones. Los resultados obtenidos mostraron que, empleando características temporales, más las características tiempo-frecuencia propuestas, se obtiene el mejor desempeño de la SVR-PSO, además se encontró que el uso de la imputación de datos no afecta el desempeño de la SVR-PSO. El sistema propuesto en este trabajo permite disminuir el error de las estimaciones de concentración de PM10 y PM2.5 haciendo uso de características tiempo-frecuencia y es capaz de operar de forma robusta contra datos perdidos, aumentando su viabilidad de ser implementado en escenarios reales.Atmospheric pollution by particulate matter is a problem recognized worldwide as a major risk factor for human health, over last years different models based on artificial intelligence has been proposed to forecast particulate matter concentration with the purpose of generate early warning systems that avoid people exposition. This paper analyzed a characterization scheme in time-frequency domain using the Wavelet to predict time series of PM10 and PM2.5 using the Support Vector Regression optimized with Particle Swarm Optimization (SVR-PSO). This paper also evaluated the effect of data imputation over estimations. Results showed that using time characteristics along with time-frequency characteristics SVR-PSO reach its best performance, also, it was found that use of data imputation does not affect SVR-PSO performance. The system proposed in this paper allow to estimate PM10 and PM2.5 concentrations with less error through time-frequency characteristics, in addition, it is capable to operate robustly against missing data, which improve its viability to be implemented in real scenarios

Use of supercapacitors for providing frequency-support in an island-mode microgrid

Este artículo presenta la implementación práctica de una técnica de control de frecuencia (inercia virtual) en un sistema de almacenamiento energético basado en el uso de supercondensadores (SAE-SC). La propuesta estuvo diseñada para brindar soporte de frecuencia a una microrred eléctrica aislada real que integra fuentes de generación renovable (solar fotovoltaica, 15 kWp), generación síncrona convencional (térmico diésel, 44 kVA) y sistemas de almacenamiento energético (SAE-SC, 30 kW). Tomando como caso base la operación en condiciones normales de una microrred híbrida solar-diésel (una situación típica de sistemas insulares), se comprobó la efectividad de las labores de soporte de frecuencia provisto por el SAE-SC y se evaluó la resiliencia de la microrred en términos de esta variable. Los resultados experimentales mostraron que la implementación de la propuesta permitió reducir las fluctuaciones de frecuencia de la microrred en un 30%, representando una mejora significativa en la calidad del suministro eléctrico. Los experimentos se llevaron a cabo en el Laboratorio de Micro-Red del Centro Científico, Tecnológico y de Investigación Balzay (CCTI-B) de la Universidad de Cuenca.This article presents the practical implementation of a frequency control technique (virtual inertia) in an energy storage system based on supercapacitors (ESS-SC). The design of this proposal provides frequency support to a real isolated microgrid that integrates renewable generation sources (solar photovoltaic, 15 kWp), conventional synchronous generation (diesel thermal, 44 kVA), and energy storage systems (ESS-SC, 30 kW). The base case is a hybrid solar-diesel microgrid (typical situation of insular systems) operating in normal conditions. Frequency support tasks' effectiveness provided by the SAE-SC checks out, and the resilience of the microgrid are evaluated in terms of this variable. The experimental results show that the implementation of the proposal allows reducing the frequency fluctuations of the microgrid by 30%, representing a significant improvement in the quality of the electricity supply. The experiments were carried out in the Microgrid Laboratory of the Centro Científico, Tecnológico y de Investigación Balzay (CCTI-B) of the Universidad de Cuenca

SARS-CoV-2 vaccination modelling for safe surgery to save lives: data from an international prospective cohort study

Background: Preoperative SARS-CoV-2 vaccination could support safer elective surgery. Vaccine numbers are limited so this study aimed to inform their prioritization by modelling. Methods: The primary outcome was the number needed to vaccinate (NNV) to prevent one COVID-19-related death in 1 year. NNVs were based on postoperative SARS-CoV-2 rates and mortality in an international cohort study (surgical patients), and community SARS-CoV-2 incidence and case fatality data (general population). NNV estimates were stratified by age (18-49, 50-69, 70 or more years) and type of surgery. Best- and worst-case scenarios were used to describe uncertainty. Results: NNVs were more favourable in surgical patients than the general population. The most favourable NNVs were in patients aged 70 years or more needing cancer surgery (351; best case 196, worst case 816) or non-cancer surgery (733; best case 407, worst case 1664). Both exceeded the NNV in the general population (1840; best case 1196, worst case 3066). NNVs for surgical patients remained favourable at a range of SARS-CoV-2 incidence rates in sensitivity analysis modelling. Globally, prioritizing preoperative vaccination of patients needing elective surgery ahead of the general population could prevent an additional 58 687 (best case 115 007, worst case 20 177) COVID-19-related deaths in 1 year. Conclusion: As global roll out of SARS-CoV-2 vaccination proceeds, patients needing elective surgery should be prioritized ahead of the general population