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.

Automatic diagnosis of voltage disturbances in power distribution networks

This thesis proposes a framework for identifying the root-cause of a voltage disturbance, as well as, its source location (upstream/downstream) from the monitoring place. The framework works with three-phase voltage and current waveforms collected in radial distribution networks without distributed generation. Real-world and synthetic waveforms are used to test it. The framework involves features that are conceived based on electrical principles, and assuming some hypothesis on the analyzed phenomena. Features considered are based on waveforms and timestamp information. Multivariate analysis of variance and rule induction algorithms are applied to assess the amount of meaningful information explained by each feature, according to the root-cause of the disturbance and its source location. The obtained classification rates show that the proposed framework could be used for automatic diagnosis of voltage disturbances collected in radial distribution networks. Furthermore, the diagnostic results can be subsequently used for supporting power network operation, maintenance and planning.

Le musee local de la nouvelle generation au Portugal, un pas en avant dans la gestion communautaire qualitative : essai d'interprétation épistémologique

Le musée local, au Portugal, tel qu’il apparaît dans la perspective de la révolution socio-cultureile de 74, puis projeté à l’avant-scène de la muséologie portugaise renaissante, lors du IIe Atelier international de Nouvelle muséologie (Lisbonne/Seixal/Monte Redondo — Musées locaux/Nouvelle musólogie, novembre 85), se perpétue jusqu’à nos jours, tout au moins dans le discours de ses promoteurs, préoccupé par le rapport aux pouvoirs et aux populations. Fortement enraciné dans la structure municipale et associative, utilisé à ses débuts, à des degrés divers, comme un outil de militance communautaire, le musée local présente un modèle muséographique de type ethnographique diffusé à travers le pays. Celui-ci est fondé sur la participation de donateurs d’objets utiles de la vie courante, mis à contribution dans le programme, de même que sur l’apport des savoir-faire populaires et artisanaux, évitant de tomber dans le folklorisme par une réflexion alimentée par les universitaires. Ce mouvement naissant correspond à la mode de l’écomusée dont il épouse certains contours, tout en demeurant enraciné dans la tradition ethnographique du pays.

On the generation mechanisms of short-scale unbalanced modes in rotating two-layer flows with vertical shear

We report on the results of a laboratory investigation using a rotating two-layer annulus experiment, which exhibits both large-scale vortical modes and short-scale divergent modes. A sophisticated visualization method allows us to observe the flow at very high spatial and temporal resolution. The balanced long-wavelength modes appear only when the Froude number is supercritical (i.e. $F\,{>}\,F_\mathrm{critical}\,{\equiv}\, \upi^2/2$), and are therefore consistent with generation by a baroclinic instability. The unbalanced short-wavelength modes appear locally in every single baroclinically unstable flow, providing perhaps the first direct experimental evidence that all evolving vortical flows will tend to emit freely propagating inertia–gravity waves. The short-wavelength modes also appear in certain baroclinically stable flows. We infer the generation mechanisms of the short-scale waves, both for the baro-clinically unstable case in which they co-exist with a large-scale wave, and for the baroclinically stable case in which they exist alone. The two possible mechanisms considered are spontaneous adjustment of the large-scale flow, and Kelvin–Helmholtz shear instability. Short modes in the baroclinically stable regime are generated only when the Richardson number is subcritical (i.e. $\hbox{\it Ri}\,{<}\,\hbox{\it Ri}_\mathrm{critical}\,{\equiv}\, 1$), and are therefore consistent with generation by a Kelvin–Helmholtz instability. We calculate five indicators of short-wave generation in the baroclinically unstable regime, using data from a quasi-geostrophic numerical model of the annulus. There is excellent agreement between the spatial locations of short-wave emission observed in the laboratory, and regions in which the model Lighthill/Ford inertia–gravity wave source term is large. We infer that the short waves in the baroclinically unstable fluid are freely propagating inertia–gravity waves generated by spontaneous adjustment of the large-scale flow.

Spontaneous generation and impact of inertia-gravity waves in a stratified, two-layer shear flow

Inertia-gravity waves exist ubiquitously throughout the stratified parts of the atmosphere and ocean. They are generated by local velocity shears, interactions with topography, and as geostrophic (or spontaneous) adjustment radiation. Relatively little is known about the details of their interaction with the large-scale flow, however. We report on a joint model/laboratory study of a flow in which inertia-gravity waves are generated as spontaneous adjustment radiation by an evolving large-scale mode. We show that their subsequent impact upon the large-scale dynamics is generally small. However, near a potential transition from one large-scale mode to another, in a flow which is simultaneously baroclinically-unstable to more than one mode, the inertia-gravity waves may strongly influence the selection of the mode which actually occurs.

Developing the next-generation climate system models: challenges and achievements

Although climate models have been improving in accuracy and efficiency over the past few decades, it now seems that these incremental improvements may be slowing. As tera/petascale computing becomes massively parallel, our legacy codes are less suitable, and even with the increased resolution that we are now beginning to use, these models cannot represent the multiscale nature of the climate system. This paper argues that it may be time to reconsider the use of adaptive mesh refinement for weather and climate forecasting in order to achieve good scaling and representation of the wide range of spatial scales in the atmosphere and ocean. Furthermore, the challenge of introducing living organisms and human responses into climate system models is only just beginning to be tackled. We do not yet have a clear framework in which to approach the problem, but it is likely to cover such a huge number of different scales and processes that radically different methods may have to be considered. The challenges of multiscale modelling and petascale computing provide an opportunity to consider a fresh approach to numerical modelling of the climate (or Earth) system, which takes advantage of the computational fluid dynamics developments in other fields and brings new perspectives on how to incorporate Earth system processes. This paper reviews some of the current issues in climate (and, by implication, Earth) system modelling, and asks the question whether a new generation of models is needed to tackle these problems.

Making development simple. The genetic deterministic hypothesis for economic development

This paper discusses the dangers inherent in allempting to simplify something as complex as development. It does this by exploring the Lynn and Vanhanen theory of deterministic development which asserts that varying levels of economic development seen between countries can be explained by differences in 'national intelligence' (national IQ). Assuming that intelligence is genetically determined, and as different races have been shown to have different IQ, then they argue that economic development (measured as GDP/capita) is largely a function of race and interventions to address imbalances can only have a limited impact. The paper presents the Lynne and Vanhanen case and critically discusses the data and analyses (linear regression) upon which it is based. It also extends the cause-effect basis of Lynne and Vanhanen's theory for economic development into human development by using the Human Development Index (HDI). It is argued that while there is nothing mathematically incorrect with their calculations, there are concerns over the data they employ. Even more fundamentally it is argued that statistically significant correlations between the various components of the HDI and national IQ can occur via a host of cause-effect pathways, and hence the genetic determinism theory is far from proven. The paper ends by discussing the dangers involved in the use of over-simplistic measures of development as a means of exploring cause-effect relationships. While the creators of development indices such as the HDI have good intentions, simplistic indices can encourage simplistic explanations of under-development. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

The geography of tyranny and despair: development indicators and the hypothesis of genetic inevitability of national inequality

Development geography has long sought to understand why inequalities exist and the best ways to address them. Dependency theory sets out an historical rationale for under development based on colonialism and a legacy of developed core and under-developed periphery. Race is relevant in this theory only insofar that Europeans are white and the places they colonised were occupied by people with darker skin colour. There are no innate biological reasons why it happened in that order. However, a new theory for national inequalities proposed by Lynn and Vanhanen in a series of publications makes the case that poorer countries have that status because of a poorer genetic stock rather than an accident of history. They argue that IQ has a genetic basis and IQ is linked to ability. Thus races with a poorer IQ have less ability, and thus national IQ can be positively correlated with performance as measured by an indicator like GDP/capita. Their thesis is one of despair, as little can be done to improve genetic stock significantly other than a programme of eugenics. This paper summarises and critiques the Lynn and Vanhanen hypothesis and the assumptions upon which it is based, and uses this analysis to show how a human desire to simplify in order to manage can be dangerous in development geography. While the attention may naturally be focused on the 'national IQ' variables as a proxy measure of 'innate ability', the assumption of GDP per capita as an indicator of 'success' and 'achievement' is far more readily accepted without criticism. The paper makes the case that the current vogue for indicators, indices and cause-effect can be tyrannical.

Questions of Friendship and Degrees of Transnationality among Second-Generation Return Migrants to Barbados

While the academic literature has demonstrated the importance of social networks in relation to the process of migration, investigations have rarely examined in detail the personal-social adjustment issues that migrants and return migrants face. This study examines the context and types of friendship pattern that young return migrants from Britain cultivate in Barbados. The research centres on a wholly under-researched demographic groupyoung return migrants or second-generation Barbadians who have decided to return to the birthplace of their parents. The investigation is based on 51 in-depth interviews carried out with these young returnees to Barbados. Presenting a taxonomy of friendship types, it is argued that, for the 'Bajan-Brits' under study, the cultivation of new friendships is highly problematic. The research identifies what we refer to as the 'insular transnational', the 'we are different' and the 'all-inclusive transnational' friendship types among the young returnees. Our analysis also shows that problems of friendship are highly gendered, with females reporting the most problems due to what is perceived as sexual and workplace competition. It is stressed that these circumstances exemplify the essentially 'hybrid', 'liminal' and 'in-between' positionality of these second-generation migrants within contemporary Barbadian society.

'Black skins-white masks': Postcolonial reflections on 'race', gender and second generation return migration to the Caribbean

This paper illustrates the opportunities afforded by the adoption of postcolonial discourse in development geography, drawing specifically on issues of transnationalism, hybridity and inbetweeness. The utility of such notions and associated approaches is illustrated by the authors' current research on the migration of young, second generation and foreign-born 'Bajan-Brits' to the small Caribbean island nation of Barbados, the homeland of their parents. Focussing on issues of 'race' and gender, the paper examines the experiences of return migration among this cohort from an interpretative perspective framed within postcolonial discourse. It argues that notwithstanding the considerable sociocultural problems of adjustment encountered, these Bajan-Brit 'returnees' may be seen as occupying positions of relative economic privilege. Theirs is a liminal space derived by virtue of having been born and/or raised in the UK and being of the black 'race'. Accordingly, they are demonstrated to be both advantaged and disadvantaged; both transnational and national; and black but, in some senses, symbolically white.