El creciente desafío global de la escasez de agua potable requiere soluciones innovadoras y sostenibles. La recolección y tratamiento del agua de lluvia representan una opción prometedora, especialmente en regiones con recursos limitados. En un artículo recientemente publicado en la revista Journal of Environmental Management (Elsevier) por los autores Yang y colaboradores se investigan, utilizando COMSOL Multiphysics® las membranas cerámicas impulsadas por gravedad (GDCM) como un método eficiente para purificar agua de lluvia debido a su bajo consumo energético y capacidad de exclusión de partículas. Sin embargo, la formación de biopelículas en la superficie de estas membranas afecta negativamente su eficiencia y longevidad. Este estudio tiene como objetivo analizar el impacto de las biopelículas en las propiedades de flujo de las GDCM, utilizando una combinación de visualización por Micro-CT y simulaciones en COMSOL Multiphysics®.
Para analizar el comportamiento de las GDCM, se integraron datos experimentales, obtenidos a partir del sistema experimental que se muestra en la Figura 1, y simulaciones numéricas. Las estructuras de los poros de las membranas antes y después del crecimiento de las biopelículas se reconstruyeron en 3D mediante técnicas de Micro-CT. Los datos obtenidos se procesaron en el software AVIZO para generar redes tetraédricas no estructuradas, las cuales se importaron a COMSOL Multiphysics® para realizar simulaciones a escala de poros.
Las simulaciones emplearon las ecuaciones de Navier-Stokes para modelar el flujo de agua como un fluido incompresible bajo condiciones de flujo laminar. Se consideraron efectos como la contracción de los poros debido a las biopelículas y la redistribución de las trayectorias de flujo.

Figura 1. Esquema que describe el (a) sistema de filtración GDCM, (b) visualización de la celda de filtración.
Las simulaciones permitieron visualizar la formación de áreas de alta presión en las superficies de las membranas (Figura 2), que contribuyen al bloqueo de poros y a la disminución del flujo de agua.

Figura 2. Contornos de presión obtenidos de las simulaciones en COMSOL Multiphysics®.
Por otra parte, los resultados mostraron que el crecimiento de las biopelículas modifica significativamente la estructura de los poros en la superficie de las GDCM, creando zonas de alta heterogeneidad y reduciendo el tamaño promedio de los poros. Esto provoca un aumento en la resistencia al flujo y una disminución del caudal. Las simulaciones en COMSOL confirmaron que las biopelículas generan áreas de alta presión (menos del 5% de la superficie de la membrana), obligando al agua a encontrar rutas de flujo más largas y menos eficientes. La figura 3 muestra los contornos de velocidad obtenidos a partir de las simulaciones numéricas.

Figura 3. Contornos de velocidad calculados en las simulaciones numéricas de COMSOL Multiphysics®.
La combinación de técnicas de visualización avanzadas y simulaciones en COMSOL Multiphysics ofrece una herramienta poderosa para comprender y mejorar el rendimiento de las membranas cerámicas en la purificación de agua. Este enfoque tiene el potencial de ser aplicado en otros sistemas de tratamiento de agua, contribuyendo así a la gestión sostenible de los recursos hídricos.
[1] Yang et al. Purification of harvested rainwater using gravity-driven ceramic membrane: A visualization study combining Micro-CT and COMSOL simulations. Journal of Environmental Management (2024), 373, 123333.
Por Shawn Shapiro.
En la primera parte, analizamos cómo la eficiencia es crucial para las operaciones gubernamentales, ya que garantiza que los recursos se utilicen de manera inteligente y que los servicios se presten de manera confiable. Las agencias gubernamentales enfrentan desafíos únicos que requieren soluciones innovadoras para mantener altos estándares de desempeño. Las metodologías Six Sigma brindan un marco basado en datos para abordar las ineficiencias y mejorar la calidad , y las soluciones de Minitab son clave para implementar estas estrategias.
En este artículo, exploramos ejemplos del mundo real de cómo Six Sigma puede abordar desafíos operativos específicos que enfrentan las agencias gubernamentales, ayudándolas a brindar mejores servicios al público.
El desafío: surgen obstáculos durante el proceso de solicitud de visa de trabajo cuando las huellas dactilares, cruciales para la verificación de identidad, enfrentan controles de calidad para garantizar su precisión. Factores como la mala calidad de la impresión, las condiciones ambientales y los factores físicos pueden hacer que las impresiones no se puedan usar, lo que obliga a los solicitantes a volver a enviarlas y causa demoras.
La solución: mediante la función de análisis de concordancia de atributos de Minitab Statistical Software, los analistas pueden determinar si los evaluadores pudieron detectar adecuadamente cuándo una imagen tenía defectos. Los próximos pasos serían una actividad de mejora continua para brindar más capacitación a quienes tienen la tarea de evaluar las imágenes antes de que el solicitante abandone la oficina. Esta iniciativa no solo ayuda a reducir las demoras, sino que también desempeña un papel crucial en la protección de la seguridad nacional al garantizar una verificación de identidad precisa.
El desafío: Los organismos gubernamentales son responsables de producir monedas con dimensiones precisas para garantizar su funcionalidad. El complejo proceso de producción, desde el troquelado hasta el acabado, presenta desafíos para mantener la consistencia y reducir los defectos. La gestión y el seguimiento eficaces de estos procesos requieren un control estadístico de procesos y herramientas analíticas sólidas.
La solución: Los gráficos de control de Minitab Statistical Software pueden monitorear los parámetros de producción de monedas, detectando variaciones y tendencias de manera temprana. Esto permite tomar medidas correctivas rápidas, asegurando que las monedas cumplan con los estrictos estándares de calidad. Al mantener una alta confiabilidad en la producción de monedas, se mantiene la integridad del sistema monetario, lo que demuestra la importancia del control de calidad en las operaciones gubernamentales. Esta aplicación de los principios de Six Sigma garantizó que los recursos se usaran de manera eficiente y que el proceso de producción se mantuviera consistente y confiable.
El desafío: A raíz de los desastres naturales, las agencias gubernamentales necesitan movilizar recursos de emergencia de manera rápida y eficiente. Las demoras en los tiempos de respuesta pueden agravar los daños, reducir la eficacia de las tareas de socorro y poner en peligro la seguridad pública. Identificar las ineficiencias en la asignación de recursos y los protocolos de respuesta es fundamental para garantizar una acción rápida durante las emergencias.
La solución: Minitab Workspace puede ayudar a mapear el proceso de respuesta a emergencias mediante diagramas SIPOC para identificar ineficiencias. Luego, los equipos pueden usar Minitab Statistical Software para realizar un análisis de causa raíz, señalando los factores que causan demoras, como cuellos de botella de recursos o falta de comunicación. Las herramientas de diseño de experimentos (DOE) pueden probar y refinar nuevos protocolos de respuesta para determinar los flujos de trabajo más eficientes. Estas mejoras no solo aceleran los tiempos de respuesta, sino que también garantizan que los recursos se asignen de manera eficaz, lo que en última instancia salva vidas y minimiza los daños.
La integración de las metodologías Six Sigma en las operaciones gubernamentales tiene el poder de revolucionar la eficiencia, permitiendo a las agencias federales abordar desafíos únicos y mejorar la prestación de servicios. Desde mejorar la calidad de las huellas dactilares en las solicitudes de visas de trabajo hasta garantizar una producción constante de monedas y optimizar los tiempos de respuesta ante emergencias, estos ejemplos demuestran la versatilidad y la eficacia de las herramientas Six Sigma.
Al aprovechar el conjunto de soluciones de Minitab, las agencias gubernamentales pueden abordar con confianza las ineficiencias, tomar decisiones basadas en datos y lograr mejoras mensurables. Adoptar Six Sigma no se trata solo de resolver problemas operativos, sino de fomentar la innovación y generar confianza en las instituciones públicas.
Maplesoft proporciona el entorno matemático esencial para la investigación científica. Desde el modelado de reacciones químicas simples hasta el modelado PK/PD, la simulación de sistemas biológicos, el modelado biomecánico, el diseño de ensayos de fármacos sólidos, la optimización de parámetros, el análisis de datos y más, los productos de Maplesoft son herramientas invaluables para los científicos que trabajan en biología, química, bioquímica, bioingeniería, farmacología, química computacional y otras ciencias de la vida.
En el ámbito de la gestión de carteras, la eficiencia es clave. La reciente actualización en Mark 29.3 de la Biblioteca nAG Optimization Modelling Suite incluye una mejora en el resolvedor de programación cónica de segundo orden (SOCP). Profundicemos en los aspectos prácticos de la mejora y su impacto en la optimización de los modelos de cartera.
La programación cónica de segundo orden (SOCP) extiende la programación lineal tradicional y es uno de los principales métodos para resolver problemas de programación cuadrática con restricciones cuadráticas convexas (QCQP), lo que demuestra ser una herramienta vital en finanzas cuantitativas. Su aplicación en la optimización de carteras es particularmente notable debido a su flexibilidad para manejar un conjunto diverso de restricciones. Puede maximizar el índice de Sharpe, administrar el error de seguimiento, cumplir con las restricciones de apalancamiento o abordar los costos de impacto en el mercado.
La última actualización del solucionador SOCP aporta un aumento sustancial del rendimiento. En comparaciones directas con el solucionador predeterminado en CVXPY en los modelos clásicos de Markowitz, el resolvedor nAG SOCP ofrece mejoras de velocidad significativas y, al mismo tiempo, mantiene un alto nivel de precisión. También maneja restricciones cuadráticas que tienen matrices de covarianza densas y grandes (por ejemplo, de error de seguimiento) de manera eficiente y ofrece una gran solidez frente a los solucionadores predeterminados CVXPY. Vea los resultados de la evaluación comparativa.

Comparación de tiempos en 10 problemas de optimización de cartera (programación cuadrática)
Cuanto más rápido se resuelva el tiempo, el resolvedor SOCP nAG ofrece beneficios tangibles para la optimización de carteras. Los profesionales que se ocupan de problemas de optimización clásicos que involucran matrices de covarianza grandes, restricciones de solo largo plazo y restricciones presupuestarias encontrarán este resolvedor mejorado muy útil. El enfoque en la velocidad y la precisión se traduce directamente en modelos de cartera más eficientes y precisos.
Al aprovechar la eficiencia y la escalabilidad de un resolvedor SOCP avanzado , los profesionales pueden acelerar la toma de decisiones, la precisión y la rentabilidad. Con capacidades en tiempo real y una mayor flexibilidad, los gestores de cartera pueden adaptarse rápidamente a las condiciones cambiantes del mercado, lo que genera un rendimiento superior y una ventaja estratégica.
En el ámbito de la optimización de carteras, la mejora del resolvedor SOCP nAG ofrece una solución pragmática. Al agilizar el proceso de optimización, permite a los analistas sortear restricciones complejas con rapidez y precisión. A medida que buscamos perfeccionar los modelos financieros, el resolvedor nAG SOCP se destaca como una herramienta confiable que ofrece mejoras prácticas que impactan directamente en la eficiencia de la optimización de la cartera. El resolvedor está disponible para Python, C/C++, .NET y C#, Java, Fortran y Excel/VB, y cuenta con soporte técnico de primera línea, ejemplos y documentación.
COMSOL Multiphysics® [2] ofrece un gran potencial para la modelización y simulación de sistemas basados en hidrógeno. Un excelente ejemplo es el estudio titulado “Investigation into hydrogen induced fracture of cable bolts under deep stress corrosion coupling conditions” [1] y publicado en la revista Tunnelling and Underground Space Technology de la Editorial Elsevier. En este trabajo se utiliza COMSOL Multiphysics® para modelizar la difusión de hidrógeno e investigar la fractura inducida en materiales sometidos a condiciones de estrés y corrosión.
Los autores implementaron en COMSOL Multiphysics® ecuaciones de transporte y mecánica de sólidos para modelizar las deformaciones relacionadas con la expansión del hidrógeno en la red cristalina del acero. El modelo se desarrolló de forma consistente con los resultados experimentales obtenidos empleando muestras de cable como las que se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Muestras de cable: (a) vista estereoscópica, (b) vista en sección (alambre central R1 = 2.95 mm, alambre helicoidal R2 = 1.6 mm, alambre helicoidal R3 = 2.95 mm).
La Figura 2 muestra la distribución de la concentración de hidrógeno difundido en las muestras con y sin esfuerzo después de 3 horas. Los resultados de la simulación revelaron que el flujo de difusión del hidrógeno está altamente correlacionado con los gradientes de estrés. En áreas de alta concentración de estrés, el hidrógeno tendía a acumularse, debilitando la estructura del material y promoviendo el inicio de fracturas. La expansión inducida por el hidrógeno también contribuyó significativamente a las tensiones internas, reduciendo la cohesión del material cerca de las puntas de grietas.
Los resultados obtenidos a partir de las simulaciones numéricas llevadas a cabo en COMSOL Multiphysics® fueron coherentes con las observaciones experimentales, demostrando el enorme potencial para prevenir fallos estructurales cuando los materiales se exponen a hidrógeno.

Figura 2. Distribución de hidrógeno: a) distribución de esfuerzo de Von Mises (MPa), b) bajo esfuerzo, y c) sin esfuerzo.
[1] Wu et al. Investigation into hydrogen induced fracture of cable bolts under deep stress corrosion coupling conditions. Tunnelling and Underground Space Technology, 2024, 147, 105729.
Los programas de estudios ambientales atraen a una amplia gama de estudiantes, desde aquellos que se centran en las ciencias y utilizan las matemáticas todos los días hasta aquellos con antecedentes en humanidades que pueden haber hecho muy poco matemáticas en los últimos años. Esta disparidad puede causar serios desafíos para los estudiantes y sus instructores. Para abordar este problema, el Dr. Robert Alexander, profesor del departamento de Estudios Ambientales en Kenyon College y codirector del departamento de Estudios Ambientales, enseña un curso de segundo año en Análisis Ambiental Aplicado. El objetivo de este curso es brindarles a los estudiantes con antecedentes matemáticos más débiles o menos recientes la preparación que necesitan para manejar sus cursos de años superiores, al mismo tiempo que les brinda a todos los estudiantes práctica en la resolución de problemas del mundo real utilizando modelos cuantitativos. Alexander considera que Maple Flow es una herramienta de cálculo ideal para este curso.
Él quiere que sus alumnos comprendan que, cuando trabajan en un problema cuantitativo, deben pensar en algo más que en el cálculo en bruto. Deben tener en cuenta las unidades, validar el resultado para asegurarse de que tenga sentido y documentarlo todo. También quiere que aprendan que, a veces, una estimación razonable es suficiente para darles la información que necesitan, cómo obtener dichas estimaciones y cómo mejorar el resultado cuando sea necesario. “Maple Flow me proporciona exactamente el entorno que necesito para lograr mis objetivos para este curso”, afirma Alexander. “No solo los cálculos son fáciles de realizar, refinar y actualizar, sino que el soporte de unidades integrado y el entorno similar al papel permiten y alientan a los estudiantes a ampliar su enfoque más allá de los cálculos y pensar realmente en lo que están haciendo, lo que significa y cómo comunicarlo”.
Alexander enfatiza a sus estudiantes que no es suficiente llegar a una cifra final. La comunicación del proceso es extremadamente importante. “Utilizo Maple Flow en este curso porque puedo combinar cálculos y texto en el mismo documento con extrema facilidad, exactamente de la forma en que quiero que aparezcan. Les digo a mis estudiantes que su objetivo es producir un documento que pueda ser entregado a otra persona, y esa persona comprenderá inmediatamente cuál es el problema y exactamente cómo se resolvió. El entorno de Maple Flow hace que esto sea fácil de lograr”.
Al principio del curso, los estudiantes a veces sienten que los cálculos son demasiado simples como para requerir documentación. Pero al final del curso, los estudiantes han aprendido el valor de un modelo bien comunicado, especialmente cuando abordan tareas basadas en trabajos anteriores. Cuanto mejor sea su documento original de Maple Flow, más fácil será la nueva tarea.

Los estudiantes usan Maple Flow para explorar preguntas como ¿Qué tan grande era el asteroide que mató a los dinosaurios?1 y ¿Son los osos verdaderos hibernadores?2 con el fin de desarrollar habilidades de modelado cuantitativo.
Alexander solía utilizar una versión antigua de Mathcad® en este curso, pero con el tiempo dejó de funcionar en sistemas operativos más recientes. “Mi escuela simplemente no podía permitirse una licencia para la versión actual de Mathcad. Maplesoft ofrecía precios mucho más flexibles que se adaptaban mejor a nuestras necesidades”.
Alexander está entusiasmado con las posibilidades de utilizar un producto como Maple Flow en otros campos que utilizan cálculos. “Creo que Maple Flow aporta mucho valor, no solo para la ingeniería, sino también para programas como estudios ambientales, psicología, sociología y economía”.
1 Problem from Harte, John. Consider a Spherical Cow: A Course in Environmental Problem Solving. University Science Books. 1988. ISBN: 0-935702-58-x
2 Problem from Harte John. Consider a Cylindrical Cow: More Adventures in Environmental Problem Solving. University Science Books. 2001. ISBN: 1-891389-17-3