Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).

Metodologia de disseny conceptual d'estacions depuradores d'aigües residuals que combina el procés de decisió jeràrquic amb l'anàlisi de decisions multicriteri

La present tesi proposa una metodologia de disseny conceptual d'estacions depuradores d'aigües residuals (EDAR) mitjançant la combinació del procés de decisió jeràrquic i l'anàlisi de decisions multicriteri. El document s'inicia amb una breu introducció als principals camps abordats pel treball: el disseny dels processos químics en general, el disseny de les estacions depuradores d'aigües residuals en particular, i l'anàlisi de decisions multicriteri aplicada a la gestió ambiental. Seguidament, es fixen els objectius del treball i es descriuen tant la metodologia com el material de suport informàtic utilitzats. Per validar i contrastar la metodologia de disseny presentada, es desenvolupa un cas d'estudi on es porta a terme el disseny conceptual d'una EDAR que presenta els mateixos requeriments que l'EDAR que opera actualment al municipi de Granollers. Inicialment es presenta la informació de partida i tot seguit es defineixen els objectius de disseny, així com el conjunt de criteris que s'utilitzaran per avaluar en quina mesura es compleixen aquests objectius. Els objectius de disseny són de diferents tipus: ambientals, tècnics, socials i econòmics, i el conjunt de criteris utilitzats, concretament 33, també es classifica segons aquestes quatre categories. Cadascun dels criteris presenta un determinat pes d'importància relativa en la presa de decisions. Finalment, es desenvolupa tot el procés de decisió fins a obtenir el disseny complet de l'EDAR. El procés de decisió s'ha dividit en dues parts diferenciades però que alhora s'entrellacen: la línia d'aigua i la línia de fang. El procés de decisió presenta un total de divuit qüestions amb un màxim de quatre alternatives per pregunta (dotze qüestions corresponen a la línia d'aigua, i sis a la línia de fangs). Per solucionar cadascuna d'aquestes qüestions, s'avaluen les alternatives proposades respecte a un conjunt de criteris triats de la llista inicial. Aplicant el procés de decisió multicriteri anomenat SMART (simple multiattribute rating technique), es combinen els resultats de les alternatives respecte a cada criteri, tenint en compte la importància de cada criteri per obtenir un sol valor per alternativa. Per quantificar els criteris referents a l'operació del procés i les de tipus econòmic s'han utilitzat els programes GPS-X i CapdetWorks respectivament. Pel que fa als criteris no quantificats mitjançant aquests programes, s'han resolt de manera qualitativa i mitjançant manuals de disseny i també tenint en compte l'opinió d'experts en aquest camp. L'alternativa que obté un pes més elevat és la recomanada per al procés de decisió. El cas d'estudi finalitza un cop s'obté el disseny complet de l'EDAR. Per integrar tots aquests elements que hem esmentat i donar suport al desenvolupament del procés de decisió s'ha utilitzat el programa DRAMA (Design Rationale Management). A continuació, es fa una anàlisi comparativa entre l'EDAR que hi ha actualment al municipi de Granollers i l'EDAR resultat del cas d'estudi. Es descriu el diagrama de flux que conforma l'EDAR de Granollers i el diagrama de flux de l'EDAR resultat de l'estudi, se'n fa una anàlisi comparativa justificant cadascuna de les decisions preses en el cas d'estudi i, finalment, es fa una discussió de resultats on es reflecteixen els avantatges associats d'aplicar la metodologia de disseny conceptual proposada. Finalment, es presenten les conclusions de la tesi. Els principals resultats de la tesi es van publicar el 2002 a la revista internacional Industrial and Engineering Chemistry Research (N. Vidal, R. Bañares-Alcántara, I. Rodríguez-Roda i M. Poch: "Design of wastewater treatment plants using a conceptual design methodology", Industrial and Engineering Chemistry Research, 41 (20), pàg. 4993-5005) i la continuació de la línia de recerca al Laboratori d'Enginyeria Química i Ambiental de la UdG ha comportat la presentació del treball de recerca de Xavi Flores "Procés de decisió jeràrquic combinat amb anàlisi multicriteri per al suport al disseny conceptual de sistemes de fangs actius d'una estació depuradora d'aigües residuals" i la presentació dels resultats parcials al congrés internacional de la 9th IWA Conference on Design, Operation and Economics of Large Wastewater Treatment, que va tenir lloc el setembre passat a Praga ("Combining hierarchical decision process with multi-criteria analysis for conceptual design of WWTP", X. Flores, N. Vidal, A. Bonmatí, J. B. Copp i I. Rodríguez-Roda).

Implantación de un SIG basado en software libre para el estudio de recursos hídricos y procesos hidrológicos

En este trabajo se describe la solución ideada para la implantación de un Sistema de Información Geográfica que debe dar servicio al Instituto Universitario del Agua y del Medio Ambiente de la Universidad de Murcia y al Instituto Euromediterráneo del Agua. Dada la naturaleza de ambas instituciones, se trata de una herramienta orientada fundamentalmente al estudio de recursos hídricos y procesos hidrológicos. El proceso se inició con una identificación de las necesidades de los usuarios (con perfiles y requerimiento diferentes) y el posterior desarrollo del diseño conceptual que pudiera asegurar la satisfacción de estas necesidades. Debido a que los requerimientos de los usuarios así lo demandaban, se ha tenido en cuenta tanto a usuarios que trabajan en entorno linux como a otros que lo hacen en entorno windows. Se ha optado por un sistema basado en software libre utilizando GRASS para el manejo de información raster y modelización; postgis (sobre postgreSQL) y GRASS para la gestión de información vectorial; y QGIS, gvSIG y Kosmo como interfaces gráficas de usuario. Otros programas utilizados para propósitos específicos han sido R, Mapserver o GMT

Diseño curricular por competencias: el reto de la evaluación

Presentació que analitza el terme competència, la formació per a les competències i l'avaluació per competències

Aportaciones al diseño de la tutoría académica en centros con elevado número de alumnos o con diversas titulaciones

Uno de los servicios que debe prestar la Institución Universitaria a sus estudiantes es el asesoramiento y orientación sobre cuestiones relacionadas con su tarea actual de formación académica y personal y su futuro profesional. La parte relacionada con el aprendizaje de una determinada disciplina es la que corresponde a cada profesor, como parte de sus obligaciones docentes y es lo que recibe el nombre de tutoría curricular. Sin embargo, éstas no son suficientes para conseguir abarcar en toda su amplitud el objetivo perseguido por ese servicio. Son las denominadas tutorías académicas las que completan las necesidades de asesoramiento y orientación sentidas por nuestros estudiantes, mejorando su adaptación a la vida universitaria y guiándoles en los distintos aspectos transversales de su formación. Un formato de tutoría que, por lo demás, se presenta como especialmente idóneo para informar a nuestros estudiantes sobre la implantación del Espacio Europeo de Educación Superior, puesto que, a pesar de ser un proceso cuya finalidad y objetivo último es convertir al estudiante en el centro de todo el proceso de aprendizaje universitario, éstos presentan serias lagunas sobre el mismo, combinadas con una serie de interpretaciones perversas que en nada benefician la exitosa instauración del mismo

Diseño de un curso completo de la titulación de psicología según un modelo centrado en el aprendizaje (adaptación al EEES)

La planificación de la docencia centrada en el estudiante en base a un modelo de aprendizaje, tal y como se recoge en los criterios de la convergencia con el Espacio Europeo de Educación Superior, requiere la reorganización del currículo que se ofrece al alumno. Para ello, deben tenerse en cuenta aspectos tales como la coordinación de las competencias a adquirir en un determinado curso de la Titulación, la coordinación y diversificación de las tareas mediante las cuales el estudiante va a adquirir las competencias, y el diseño de estrategias de evaluación continua. Todo ello, debe ser adecuadamente planificado, no sólo para lograr un currículo coherente, sino que debe tenerse en cuenta el modo en que éste se organiza de manera que el esfuerzo que debe invertir un estudiante esté homogéneamente distribuido a lo largo de todo el periodo lectivo y no exceda el número de horas de trabajo no presencial establecido en el currículo. Con este objetivo, la Facultad de Psicología de la Universidad del País Vasco, en el marco de un Programa para la Innovación de la Docencia impulsado por el Vicerrectorado de Calidad e Innovación Docente de dicha Universidad, ha llevado a cabo una experiencia de implantación de un curso completo siguiendo los criterios antes expuestos

SIGFRUT: aplicación web para el diseño de plantaciones e instalaciones agrícolas

The SIGFRUT project is set within what we could call GIS applications in a web environment. (The acronym GIS is SIG in Spanish). We are all familiar with Internet map servers or IMS, with which we can visualize different thematic layers, check their attributes and, in the best cases, consult a data base, selecting and visualizing the elements that meet the required conditions. Nevertheless, these types of applications are basically simple map viewers and do not have any more functional features than the classic tools of visualization and consultation.(...)

Un Sistema de prospección arqueológica asistida por SIG libre: diseño, puesta en práctica y perspectivas futuras

Desde 2000 desarrollamos proyectos de prospección arqueológica asistidos por SIG en la comarca de La Serena (Badajoz), con el objetivo principal de comprender la evolución de los paisajes rurales a lo largo de distintos periodos. Uno de los intereses principales de este proyecto es la mejora de los métodos de registro en campo para organizar de una forma rápida y eficaz la gran cantidad de datos de distinto tipo que se obtienen tras una jornada de trabajo. El propio diseño de la prospección arqueológica exige un intercambio de datos constante entre ordenadores y dispositivos móviles, como GPS y PDA, para lo que es necesario un entorno informático que ejecute estas tareas de una forma organizada. (...)

El Trabajo cooperativo, su diseño y su evaluación. Dificultades y propuestas

El trabajo cooperativo se puede definir como aquella actividad realizada por dos o más personas conjuntamente de forma equitativa o proporcional, para alcanzar unos objetivos y, en definitiva, aprender. La doctrina utiliza terminología diversa, trabajo en equipo, trabajo en grupo, trabajo cooperativo, trabajo colaborativo. En algunos casos hacen distinciones claras entre unos y otros, pero en realidad son pocas las diferencias, y yo personalmente prefiero utilizar esa terminología indistintamente. El trabajo cooperativo presenta muchas ventajas para el aprendizaje y la enseñanza como se podrá comprobar. Mi experiencia docente me ha llevado a utilizar de forma regular el trabajo en grupo en el sistema de evaluación continua, de ahí mi interés en esta cuestión, especialmente porque en algunos casos he encontrado ciertas dificultades en su puesta en práctica. Estos son los motivos que me han llevado a estudiar en qué consiste realmente el trabajo colaborativo y en cómo pueden evitarse aquellas dificultades. Desde mi punto de vista para evitar la disfunción del trabajo en equipo se ha de realizar un buen diseño de las actividades, y una adecuada evaluación del proceso de aprendizaje o desarrollo de la actividad, tanto a nivel individual como de grupo. En ambos casos es fundamental la función del docente que debe programar las actividades cooperativas correctamente, pero además debe informar, dirigir, orientar, mediar, animar… durante todo el proceso de aprendizaje, dependiendo de las diferentes necesidades de cada grupo. En cuanto a la evaluación del trabajo en grupo, se han de calificar tanto el trabajo individual como el resultado final del equipo, y para ello creo muy apropiada la utilización de una serie indicadores a observar en los mecanismos interpsicológicos, distinguiendo entre tres dimensiones en el proceso de aprendizaje cooperativo: la interdependencia positiva, la construcción del significado y las relaciones psicosociales. Se prestará una especial atención a la fase de construcción del significado pues es el centro del proceso. Dichos indicadores se extraen de la observación del diálogo y discusión de los miembros del grupo entre ellos, y con el profesor, y nos dan pautas para comprobar las aportaciones de cada estudiante al equipo, su trabajo individual y su contribución al trabajo colaborativo. Esto facilitará una adecuada evaluación

Integración de la teoría con la práctica profesional en asignaturas de diseño de encuestas

En esta ponencia se comparte una experiencia desarrollada en dos asignaturas de Diseño de Encuestas, una de la Diplomatura en Estadística de la Universitat de Barcelona, y otra del Máster Oficial en Dirección de Empresas del Deporte. Dicha actividad hace posible de un modo muy inmediato la aplicación a un caso práctico de la teoría sobre el modo de llevar a cabo una encuesta por parte de dos perfiles distintos de alumnos: el futuro profesional de la estadística y el futuro directivo de una empresa deportiva. A lo largo de los distintos apartados, se hace énfasis en mostrar de qué modo un enfoque práctico de las asignaturas permite desarrollar a los estudiantes competencias de gran importancia para su futuro profesional, como son la capacidad de planificar una investigación, de trabajar con un cliente hipotético, de redactar y presentar en público un informe, de trabajar en equipo, etc. Finalmente, se busca reflexionar sobre la conveniencia de impartir asignaturas en las que se prioricen los aspectos aplicados, en lugar de ciertos contenidos teóricos de dudosa utilidad real

Disseny conceptual i anàlisi estructural d’una motxilla - cotxet per a transportar de nens en activitats de lleure muntanya

La idea de realitzar aquest projecte sorgeix d’una necessitat en el mercat de productes relacionats amb els nens i nenes petits, dins d’un rang d’edats entre 2 a 5 anys, per poder realitzar activitats de lleure a la muntanya. En ser un producte no existent s’ha hagut de fer el disseny conceptual de tot el producte buscant la solució final adient per a cada part considerada bàsica. Per assegurar-ne la fiabilitat i la seguretat del nen i del pare s’han fet els càlculs pertinents de les seccions més carregades i s’han descrit els processos de fabricació i muntatge de cada peça. La Motxilla – Carretó servirà per circular per pistes de muntanya i forestals. Tindrà dos usos, el primer per quan el nen estigui cansat de caminar i el terreny es poc accidentat,“funció carretó” i el segon ús, per quan el nen està cansat i el terreny és més accidentat, “funció cadireta”. El producte serà transformable en funció d’aquests dos usos principals

Experiencia piloto para el diseño de actividades no presenciales de evaluación formativa en asignaturas del área de química física

Objetivos: - Planificar y diseñar actividades de trabajo personal no presencial del estudiante antes de la implementación de los grados adaptados al Espacio Europeo de Educación Superior (EEES). - Aplicar el programa de Entregas y Rúbricas (PER) y detectar sus debilidades y fortalezas en el proceso de evaluación formativa del estudiante. - Comparar las calificaciones obtenidas por los estudiantes en la evaluación entre pares con la que otorgaría el profesor, mediante la utilización de bolígrafos digitalizadores que permitan hacer entregas digitales

El Aprendizaje por libre elección en la construcción de conceptos físicos sobre mecánica rotacional por cambio conceptual

El APLE (en inglés se conoce con la sigla FCL: Free-Choice Learning) es un Marco Conceptual Constructivista que explica la forma como se produce la elaboración del conocimiento por parte de los aprendices, cuando se encuentran en espacios de educación informal. En estos escenarios, el control y la dirección del aprendizaje es netamente responsabilidad del individuo, puesto que es él quien decide dónde, cómo, con quién, cuándo y qué quiere aprender. (Falk & Dierking 2002). Según Falk y Dierking estos aprendizajes son más duraderos y significativos para los individuos que los alcanzados a lo largo de los procesos escolares, puesto que son el resultado de los intereses y expectativas del sujeto y ya no obedecen solo a una planeación curricular cerrada y externa a quien aprende