Medida y evaluación de la contaminación lumínica en entornos urbanos

Coincidiendo con el planteamiento inicial de esta tesis y la entonces reciente aparición del decreto 357/2010, de 3 de agosto de la Junta de Andalucía por el que se aprueba el reglamento de la calidad del cielo nocturno frente a la contaminación lumínica y el establecimiento de medidas de ahorro y eficiencia energética, se estaban produciendo cambios sustanciales tanto en lo referente a normativas y requerimientos técnicos para su aplicación como en lo referente a tecnologías de alumbrado e instrumentación. Así, en la "Guía técnica de adaptación de las instalaciones de alumbrado exterior al decreto 357/2010", editada por la Junta de Andalucía, en lo referente a la instrumentación utilizable para las mediciones necesarias, se menciona: "Nuevas tendencias en medidas de niveles: La fotografía digital apunta como la nueva metodología de medición lumínica. Se aplica ya en casos específicos, pero los equipos y procesos son aún muy complejos y costosos. Se trabaja ya en el desarrollo de equipos y metodologías aplicables a la gestión práctica de instalaciones." El estudio y desarrollo de equipos y metodologías aplicables a la gestión práctica de instalaciones y, en particular, en lo concerniente a equipos de medición lumínica orientados a tales fines se convirtió así en uno de los principales motivos y objetivos de esta tesis. Esta tesis se realiza en las líneas de trabajo sobre la contaminación lumínica del Área de Proyectos de Ingeniería del Departamento de Expresión Gráfica, Diseño y Proyectos y en las líneas de trabajo sobre instrumentación y adquisición de datos del Departamento y Área de Tecnología Electrónica lo que supuso así una base idónea para la propuesta de este proyecto de tesis. Resultó así mismo motivadora, a modo de ejemplo, la consideración 9 que hace el Reglamento (CE) Nº 245/2009 de la Comisión de 18 de marzo de 2009 por el que se aplica la Directiva 2005/32/CE del Parlamento Europeo y del Consejo: "(9) A falta de métodos científicos consensuados internacionalmente para la medición de su impacto medioambiental, no ha podido evaluarse la importancia de la denominada «contaminación lumínica»." Esta afirmación deja claro que, en los momentos del comienzo de esta tesis, la contaminación lumínica no había alcanzado aún un consenso internacional en lo relativo a los métodos científicos para su medición y evaluación. Consecuentemente, esta tesis se planteó así mismo contribuir, en la medida de sus posibilidades, en la obtención de métodos científicos para la medición y evaluación de la contaminación lumínica. Uno de los primeros aspectos que se constataron fue que la contaminación lumínica estaba siendo contemplada, inicialmente, por el contexto astronómico, uno de los afectados por la misma, y la mayoría de los trabajos, primeras normativas y propuestas se encontraban en este contexto. El entorno urbano no sólo también está afectado sino que, además, es la principal causa que la provoca. Consecuentemente en esta tesis se plantean objetivos que se pueden resumir en implicarse y participar en el estudio de la medición y evaluación de la contaminación lumínica en el entorno urbano así como estudiar y proponer herramientas o alternativas a la escasa instrumentación actualmente en uso. En este sentido se desarrollan los siguientes puntos: * Estudio de la contaminación lumínica, su evolución histórica a través de la normativa que la regula y revisión de las principales organizaciones y proyectos relevantes (estado del arte). * Estudio de la instrumentación utilizada para su medición y evaluación y propuesta de la utilización de cámaras fotográficas comerciales para ello, incluyendo aportación de propuesta de método de calibración y desarrollo de herramienta basada en la propuesta. * Estudios y mediciones de casos prácticos como mediciones con SQM (Sky Quality Meter, un instrumento muy utilizado en contexto astronómico) o aplicación de la propuesta a la medición y evaluación de anuncios y señales luminosas, habiéndose publicado un artículo al respecto en revista referenciada en el JCR. Las conclusiones extraídas de la tesis se pueden resumir en: * Se ha validado una propuesta de calibración de máquina fotográfica digital comercial para su uso en la evaluación y medición de la contaminación lumínica . Se ha diseñado una herramienta basada en esta propuesta. * Los parámetros actualmente utilizados en la definición y consecuente medición y evaluación de la contaminación lumínica no son adecuados. * La contaminación lumínica no es un concepto que pueda ser medido con una única unidad de medida y requiere de una especificación multiparamétrica que contemple diversos aspectos y consideraciones. * La cámara fotográfica digital se postula como una herramienta útil y válida para su utilización como dispositivo de medida. * La normativa relativa a la contaminación lumínica, en particular en lo relativo al contexto urbano, debe revisarse para incluir aspectos más allá de la eficiencia energética, así como contemplar instrumentación más eficiente y válida que el luxómetro y el luminancímetro, que actualmente predominan.

Modelado orientado a objetos del sistema de control de la presión arterial en pacientes sometidos al tratamiento de hemodiálisis

Se ha realizado el modelado orientado a objetos del sistema de control cardiovascular en situaciones de diálisis aplicando una analogía eléctrica en el que se emplean componentes conectados mediante interconexiones. En este modelado se representan las ecuaciones diferenciales del sistema cardiovascular y del sistema de control barorreceptor así como las ecuaciones dinámicas del intercambio de fluidos y solutos del sistema hemodializador. A partir de este modelo se ha realizado experiencias de simulación en condiciones normales y situaciones de hemorragias, transfusiones de sangre y de ultrafiltración e infusión de fluido durante tratamiento de hemodiálisis. Los resultados obtenidos muestran en primer lugar la efectividad del sistema barorreceptor para compensar la hipotensión arterial inducida por los episodios de hemorragia y transfusión de sangre. En segundo lugar se muestra la respuesta del sistema de control ante diferentes tasas de ultrafiltración durante la hemodiálisis y se sugieren valores óptimos para la adecuada operación.

Competencias Genéricas/Transversales que se desarrollan bajo el Modelo Pedagógico del Centro Universitario de los Valles. El caso de las Carreras de Ingeniería del Centro Universitario de los Valles

En la actualidad, el enfoque basado en competencias ha tomado un gran auge, siendo impulsado por foros como la Conferencia Mundial sobre la Educación Superior, y el espacio Europeo de Educación Superior (EEES). En estos foros se invita a que las Universidades propongan nuevos modelos de educación flexibles y basados en competencias, sin excluir los planes de estudio de ingeniería. Los conocimientos, habilidades y actitudes, que los estudiantes de Ingeniería deben tener al egreso de su carrera, se articulan en una serie de competencias que las Instituciones de Educación Superior deben coadyuvar a desarrollar en los estudiantes, durante su trayectoria escolar. Las competencias abordadas en este trabajo son las genéricas/transversales para Ingeniería, es decir, aquellas que todo estudiante de ingeniería debe poder demostrar y poner en práctica al egreso de su carrera. Este trabajo inicialmente detalla el procedimiento que se siguió para definir y establecer las competencias genéricas/transversales de Ingeniería, a través de la consulta de diversas fuentes tales como Tuning, OCDE y el enfoque CDIO. Uno de los intentos exitosos es el enfoque CDIO, desarrollado por el MIT y otras universidades europeas, para la modificación de sus planes y programas de estudio. Este enfoque establece como contexto el ciclo de vida de desarrollo e implementación de un producto, proceso o sistema. Hasta el momento no tenemos una definición clara que permita diferenciar e identificar las competencias genéricas/transversales para Ingenierías, de las generales o de otras áreas del conocimiento. Esta investigación tiene como una de sus finalidades proponer una definición sobre el término “competencias genéricas/transversales para ingeniería”, así como de su contexto. La definición propuesta se fundamenta en las múltiples definiciones de competencia y sus clasificaciones existentes en la literatura. Así mismo, se define y justifica el contexto para las prácticas profesionales de la ingeniería, y el contexto para la educación de la ingeniería desde el punto de vista del enfoque CDIO. De esta manera se contribuye al argot de las competencias en el área de las Ingenierías, proporcionando un marco de referencia que coadyuve en la implementación de los currículos por competencias, sin perder de vista el contexto propuesto para las Ingenierías. Una vez definidas las competencias fue posible la construcción de una serie de instrumentos que se utilizaron para conocer la percepción de estudiantes, egresados, profesores y empleadores acerca de la relevancia de dichas competencias y el nivel de desarrollo de éstas a lo largo de la formación académica en el Centro Universitario de los Valles (CUValles), esto último solo por los tres primeros grupos de interés. La metodología usada para desarrollar el instrumento origen fue la utilizada por Crawley, Malmqvist, Östlund, y Brodeur (2007), que fue aplicada al Instituto Tecnológico de Massachusetts, en la actualización de sus planes de estudio de Ingeniería. El instrumento fue validado tanto de forma cualitativa como cuantitativa, para lo cual se pasó por el juicio de un grupo de expertos (validez de contenido), que validaron el grupo de ítems que formarían el cuestionario, así como el estudio de fiabilidad (alfa cronbach). Por último, para lo cual se hizo un Análisis Categorial de Componentes Principales (CATPCA) al cuestionario piloto (validez del constructo). De este instrumento cuya fiabilidad y veracidad fue probada, se generaron cuatro instrumentos para cada grupo de interés (estudiantes, egresados, docentes y empleadores) donde se pudo conocer el grado de importancia que estos grupos le asignaron a ese conjunto de competencias genéricas/transversales para Ingeniería, así como el grado de desarrollo o promoción que éstas tienen durante una trayectoria escolar de las carreras de ingeniería, sin embargo no así el grado de suficiencia que estas tienen o deben tener. Estos instrumentos está compuestos por tres partes, en la primera se conocían los datos de tipo sociodemográficos de los participantes, la segunda parte estaba compuesta de 42 ítems o 42 competencias genéricas/transversales y la tercera parte consta de información que el participante crea relevante hacer resaltar. Una vez hecha la recogida de datos se pueden resaltar algunos puntos importantes como sería el hecho de que en los cuatro instrumentos dirigidos a los grupos de interés, todos ellos califican o expresan su alto grado de acuerdo con 41 de las 42 competencias genéricas/transversales para Ingeniería. De esta forma se puede aseverar que estas competencias propuestas y establecidas son un gran conjunto de las competencias genéricas/transversales para ingeniería que todo egresado de dichas carreras debe poder demostrar al egreso de su carrera. Como segundo hecho todos los grupos de interés, excepto el de empleadores ya que ellos no pueden todavía opinar de forma adecuada en esto, dicen que también 41 de 42 competencias tiene un buen o aceptable nivel de promoción o desarrollo en el transcurso de una carrera de ingeniería del CUValles, pero no se puede saber su nivel de suficiencia. Esta investigación permito también conocer que tanto el modelo pedagógico del CUValles promueve la autogestión, la flexibilidad, el aprendizaje para toda la vida, el aprender a aprender, el manejo de las TIC, que son los principios que lo sustenta y se puede observar a través de los resultados que estos tienen un cierto grado de promoción, y le permitirán al centro tener más elementos para construir actividades de aprendizaje dentro del currículo, que coadyuven al desarrollo de dichas competencias genéricas dentro de las cuales están incluidos los principios antes mencionados. Podemos concluir que este trabajo logra sus metas al cumplir con cada uno de sus objetivos particulares, ya que logra establecer las competencias genéricas/transversales para Ingeniería, propone y construye instrumentos que permitieron conocer la percepción de los estudiantes, egresados, académicos y empleadores (grupos de interés) sobre las competencias genéricas/transversales para Ingeniería. Reconoce la importancia y valor que los grupos de interés le asignan a las competencias genéricas/transversales para Ingeniería propuestas en esta investigación. Conoce que tanto se promueven las competencias genéricas/transversales para Ingeniería en las carreras de esta área del CUValles, desde el punto de vista de los estudiantes, egresados, profesores. Y por último analiza las competencias genéricas/transversales y establece su relación con el modelo Pedagógico del CUValles.

Procesamiento y análisis de mamografías para la detección de tumores

Este trabajo nace de una idea conjunta del desarrollo de un software capaz de trabajar con una máquina de rayos X para la toma de mamografías, y ser una herramienta para los radiólogos a la hora de analizar las imágenes y localizar zonas que pudieran ser sensibles de tener algún tipo de tumoración. No se trata de un software que pretenda suplantar la función de un radiólogo; es importante tener claro que el experto en radiología es el único capaz de analizar, comparar y tomar decisiones reales, y este software pretende simplificar esa tarea al máximo. Este programa utiliza como recursos para su funcionamiento una base de datos de mamografías procesadas anteriormente, a partir de las cuales entrena a la red neuronal para que sea capaz de clasificar mamografías nuevas y mostrar las posibles zonas críticas. Esta base de datos debe indicar a la red qué mamografías presentan algún tumor y dónde, para que la red aprenda a diferenciar entre zonas críticas y zonas no críticas. Esta idea deriva en la realización de dos trabajos que se especializan en los dos ámbitos del proyecto, en primer lugar el procesamiento y el análisis de esas mamografías obtenidas de la máquina de rayos X, que da lugar al presente trabajo; y en segundo lugar, deriva en un trabajo paralelo que explica la obtención, el análisis y la clasificación de los datos que se desprenden de este proyecto utilizando redes neuronales, titulado “Detección y clasificación de tumores en mamografías a través de redes neuronales”; realizado por Rodrigo Culotta López

Diseño de cabezal de adquisición para biopotenciales

La monitorización del funcionamiento del corazón se realiza generalmente por medio del análisis de los potenciales de acción generados en las células responsables de la contracción y relajación de este órgano. El proceso de monitorización mencionado consta de diferentes partes. En primer lugar, se adquieren las señales asociadas a la actividad de las células cardíacas. La conexión entre el cuerpo humano y el sistema de acondicionamiento puede ser implementada mediante diferentes tipos de electrodos – de placa metálica, de succión, top-hat, entre otros. Antes de la adquisición la señal eléctrica recogida por los electrodos debe ser acondicionada de acuerdo a las especificaciones de la entrada de la tarjeta de adquisición de datos (DAQ o DAC). Básicamente, debe amplificar la señal de tal manera que se aproveche al máximo el rango dinámico del cuantificador. Las características de ruido del amplificador requerido deben ser diseñadas teniendo en cuenta que el ruido interno del amplificador no afecte a la interpretación del electrocardiograma original (ECG). Durante el diseño del amplificador se han tenido en cuenta varios requisitos. Deberá optimizarse ña relación señal a ruido (SNR) de la señal entre la señal del ECG y el ruido de cuantificación. Además, el nivel de la señal ECG a la entrada de la DAQ deberá alcanzar el máximo nivel del cuantificador. También, el ruido total a la entrada del cuantificador debe ser despreciable frente a la mínima señal discernible del ECG Con el objetivo de llevar a cabo un diseño electrónico con esas prestaciones de ruido, es necesario llevar a cabo un minucioso estudio de los fundamentos de caracterización de ruido. Se han abarcado temas como la teoría básica de señales aleatorias, análisis espectral y su aplicación a la caracterización en sistemas electrónicos. Finalmente, todos esos conceptos han sido aplicados a la caracterización de las diferentes fuentes de ruido en los circuitos con amplificadores operacionales. Muchos prototipos de amplificadores correspondientes a diferentes diseños han sido implementados en placas de circuito impreso (PCB – Printed Board Circuits). Aunque el ancho de banda del amplificador operacional es adecuado para su implementación en una ‘protoboard’, las especificaciones de ruido obligan al uso de PCB. De hecho, los circuitos implementados en PCB son menos sensibles al ruido e interferencias que las ‘protoboard’ dadas las características físicas de ambos tipos de prototipos.

Preparación y caracterización de biomateriales híbridos de hidroxiapatito con fosfonato (2-Hidroxi fosfonoacetato)

El hidroxiapatito es el biomineral de los tejidos duros de los mamíferos y por ello ha sido ampliamente estudiado como biomaterial en cementos óseos, recubrimientos de metales implantables y scaffold en ingeniería de tejidos. En este trabajo, se estudia un proceso síntesis y caracterización de un derivado de este material, donde el ion fosfonato: 2- hidroxifosfonoacetato sustituye parcialmente al ion fosfato [1-10%]. El proceso de síntesis de hidroxiapatito consiste en dos etapas: (1) una reacción a 100ºC entre el ácido fosfórico (añadido lentamente) y una mezcla de hidróxido de calcio + 2-hidroxifosfonoacetato de calcio (Relación Ca/P=1.67). (2) un tratamiento térmico de los sólidos obtenidos en (1) a 150ºC. Los productos finales se han caracterizado mediante análisis químico, análisis termogravimétrico, difracción de rayos-X con análisis de Rietveld, microscopía SEM y determinación de la superficie específica y porosidad. En las fases cristalinas, el grado de pureza de los hidroxiapatitos oscila entre 91-100%. Todos presentan estructura monoclínica, en contraste con la estructura hexagonal que habitualmente se obtiene aplicando métodos de síntesis similares. Esta variación se atribuye a la presencia de fosfonato. El contenido de éste también influye en la morfología y en la porosidad de los materiales, siendo las muestras con más fosfonato las más porosas. Los materiales, al menos aquellos con una cantidad menor o igual 5% de fosfonato, muestran una biocompatibilidad similar a un material de hidroxiapatito de referencia.