Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

Conocimiento práctico y procesos de reflexión en la formación inicial de los maestros de educación física: opciones de desarrollo a través del prácticum

El presente artículo recoge reflexiones y propuestas sobre las posibilidades que ofrece el prácticum -en la formación inicial de los maestros de Educación Física (MEF)- para el desarrollo del conocimiento práctico y de los procesos de reflexión en los estudiantes de MEF, a través de un estudio de casos intrínseco desarrollado a partir del prácticum del 3er curso de MEF de la Universidad de Girona

Efecto de las TIC's en la mejora del conocimiento y capacidad de análisis del juego en las asignaturas de deportes de la FCCAFYD - INEF

El presente estudio pretende analizar la utilidad de las nuevas tecnologías para mejorar el proceso de enseñanza – aprendizaje en las asignaturas referidas a los fundamentos de los deportes en la Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte (INEF-Madrid). Para ello, se ha llevado un estudio comparativo de resultados entre tres grupos de alumnos que han utilizado diferentes metodologías: a) NULA UTILIZACIÓN DE TIC´S (Gr.0; n=35): clases magistrales, sin utilización de la plataforma institucional de la UPM, ni realización de trabajos relacionados con las nuevas tecnologías. b) UTILIZACIÓN FRECUENTE DE TIC´S AUNQUE DE FORMA PASIVA (Gr.1; n=33): clases con medios audiovisuales, acceso a los contenidos de la asignatura mediante la plataforma virtual institucional de la UPM y no realizaron de trabajos con nuevas tecnologías. c) UTILIZACIÓN FRECUENTE DE TIC´S Y DE FORMA ACTIVA (Gr.2; n=43): similar al grupo anterior con la inclusión de trabajos y tareas complementarias relacionadas con las nuevas tecnologías. Se evaluó a los tres grupos al comienzo y final del cuatrimestre, tras el proceso metodológico diferenciado, en dos bloques: conocimiento de contenidos (Cto.) y capacidad perceptiva y de análisis (PA). Los resultados confirmaron una mejora en ambos bloques en los tres grupos analizados, sin embargo se observaron diferencias según la metodología utilizada. Los valores correspondientes al examen inicial fueron similares en los tres grupos mientras que en el examen final las diferencias fueron significativas en todos los grupos y bloques (p≤0,01). El Grupo 2 obtuvo las mejores puntuaciones (Cto=6,51 ± 1,61; PA=6,53 ± 1,09), con significativas diferencias respecto a los grupos cuya utilización de nuevas tecnologías había sido menor. El Grupo 1 obtuvo valores significativamente superiores (Cto=5,03 ± 0,73; PA=5,36 ± 0,96) a los obtenidos por el Grupo 0 (Cto=4,43 ± 0,77; PA=3,03 ± 0,89). Teniendo en cuenta que los valores iniciales fueron similares en los tres grupos, se observó que el grado de mejora (pretest y test) fue muy superior en los grupos que utilizaron TIC´s que en el grupo que no las utilizó. En los tres casos y en ambos bloques, las diferencias entre los valores del pretest y del test fueron significativas (p≤0,01). Estos resultados permiten afirmar que el uso de las nuevas tecnologías repercute de forma directa en el resultado del aprendizaje del alumno universitario de balonmano: cuanta más tecnología se utiliza, más se aprende

El Proceso de los estudiantes para transformar el conocimiento vulgar, prejuicios y estereotipos que poseen sobre la educación, en conocimiento científico

Uno de los objetivos que se plantea en esta comunicación es como favorecer y participar en el proceso mediante el que los y las estudiantes son capaces de transformar el conocimiento vulgar, las concepciones previas, prejuicios y estereotipos que manifiestan sobre la educación de los niños y las niñas y en como los educan sus familias y el profesorado, en conocimiento fundamentado científicamente. Para alcanzarlo, la autora propone trabajar desde una de las asignaturas que imparte, en la carrera de maestro de educación infantil, mediante metodologías que incidan directamente en la transformación del conocimiento vulgar en conocimiento científico. En esta comunicación analizaremos el trabajo llevado en la asignatura “Salud y bienestar en educación infantil” cuyos descriptores básicos se centran en: • Los contextos de vida de los niños/as y sus familias. • Las prácticas educativas familiares, conductas parentales, creencias y expectativas sobre la educación de los hijos/as. • Las relaciones familia y escuela. • Los servicios a la infancia y los programas de formación de padres y madres

¿Qué valor atribuye el profesorado de educación primaria en formación al conocimiento de los aspectos físico-químicos del medio? Repercusiones en la docencia universitaria

Esta comunicación recoge una experiencia basada en una práctica reflexiva (Perrenoud, 2004) de la innovación didáctica en la asignatura de carácter obligatorio “Didáctica de los aspectos físicoquímicos del medio” del último curso de la especialidad de Maestro de Educación Primaria (EP). Surge de las siguientes consideraciones previas: - Los resultados académicos del alumnado de esta asignatura históricamente han tendido a ser sensiblemente peores que en otras asignaturas de la titulación. - Desde hace años, las profesoras han venido observando en el alumnado un perfil de baja autoestima en cuanto a sus posibilidades de éxito en la asignatura, así como un desafecto e incluso rechazo hacia la física y la química. Estas observaciones se ven corroboradas por distintas investigaciones que pueden tener consecuencias para la enseñanza de las ciencias (Osborne et alii, 1998) (Claxton, 2001) (Vázquez y Manassero, 2008). - Las carencias conceptuales en los aspectos disciplinares básicos suponen para el alumnado verdaderas dificultades a la hora de abordar esta materia pese a su carácter principalmente didáctico. - El papel del profesorado de Educación Primaria, en concreto su interés y afección por las ciencias y el valor atribuido a la ciencia escolar en su práctica docente se entiende como esencial para la motivación y el éxito en los aprendizajes de los niños y niñas de ese nivel educativo (Aikenhead, 2003) (Benlloch, 2002). - El desarrollo de la asignatura pretende una capacitación profesional, en el sentido que le da Perrenoud, en el ámbito del marco curricular de la Educación Primaria para el área de Conocimiento del Medio

Diferencias entre analizar, explicar y producir una imagen: aplicación al estudio de los esquemas de conocimiento sobre aguas subterráneas en estudiantes universitarios

Es conocido el potencial didáctico de las imágenes en la enseñanza de las ciencias y las limitaciones que se muestran en su uso (Perales, 2006). En el caso que estudiamos, la fase subterránea del ciclo del agua, las imágenes presentes en los textos de estudio son la forma más habitual, sino la única, por la que los estudiantes tienen acceso a dicha realidad. Las representaciones del ciclo del agua en los textos son imágenes didácticas per se, en el sentido mas estricto, pues deben estar organizadas para el aprendizaje de un proceso natural complejo y no evidente

Qué ha hecho y hace la UNED para generar, comunicar y gestionar la formación didáctica del conocimiento de la música

El objetivo principal de este trabajo consiste en presentar las diferentes propuestas educativas y didácticas desarrolladas en nuestra Universidad, con el objetivo prioritario de generar, ofrecer y ampliar el conocimiento de la música, bien a través del Programa de Formación Permanente del Profesorado de la UNED, bien como asignaturas obligatorias, troncales y optativas en las carreras regladas realizadas desde nuestra institución, o como propuesta de investigación a través de los Cursos de Tercer Ciclo (Doctorado), etc