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.

Ku band waveguide diplexer design for satellite communication. Implementation by additive manufacturing and experimental characterization

Gran cantidad de servicios de telecomunicación tales como la distribución de televisión o los sistemas de navegación están basados en comunicaciones por satélite. Del mismo modo que ocurre en otras aplicaciones espaciales, existe una serie de recursos clave severamente limitados, tales como la masa o el volumen. En este sentido, uno de los dispositivos pasivos más importantes es el diplexor del sistema de alimentación de la antena. Este dispositivo permite el uso de una única antena tanto para transmitir como para recibir, con la consiguiente optimización de recursos que eso supone. El objetivo principal de este trabajo es diseñar un diplexor que cumpla especificaciones reales de comunicaciones por satélite. El dispositivo consiste en dos estructuras filtrantes unidas por una bifurcación de tres puertas. Además, es imprescindible utilizar tecnología de guía de onda para su implementación debido a los altos niveles de potencia manejados. El diseño del diplexor se lleva a cabo dividiendo la estructura en diversas partes, con el objetivo de que todo el proceso sea factible y eficiente. En primer lugar, se han desarrollado filtros con diferentes respuestas – paso alto, paso bajo y paso banda – aunque únicamente dos de ellos formarán el diplexor. Al afrontar su diseño inicial, se lleva a cabo un proceso de síntesis teórica utilizando modelos circuitales. A continuación, los filtros se optimizan con técnicas de diseño asistido por ordenador (CAD) full-wave, en concreto mode matching. En este punto es esencial analizar las estructuras y su simetría para determinar qué modos electromagnéticos se están propagando realmente por los dispositivos, para así reducir el esfuerzo computacional asociado. Por último, se utiliza el Método de los Elementos Finitos (FEM) para verificar los resultados previamente obtenidos. Una vez que el diseño de los filtros está terminado, se calculan las dimensiones correspondientes a la bifurcación. Finalmente, el diplexor al completo se somete a un proceso de optimización para cumplir las especificaciones eléctricas requeridas. Además, este trabajo presenta un novedoso valor añadido: la implementación física y la caracterización experimental tanto del diplexor como de los filtros por separado. Esta posibilidad, impracticable hasta ahora debido a su elevado coste, se deriva del desarrollo de las técnicas de manufacturación aditiva. Los prototipos se imprimen en plástico (PLA) utilizando una impresora 3D de bajo coste y posteriormente se metalizan. El uso de esta tecnología conlleva dos limitaciones: la precisión de las dimensiones geométricas (±0.2 mm) y la conductividad de la pintura metálica que recubre las paredes internas de las guías de onda. En este trabajo se incluye una comparación entre los valores medidos y simulados, así como un análisis de los resultados experimentales. En resumen, este trabajo presenta un proceso real de ingeniería: el problema de diseñar un dispositivo que satisfaga especificaciones reales, las limitaciones causadas por el proceso de fabricación, la posterior caracterización experimental y la obtención de conclusiones.

Las TICs como herramienta de apoyo al aprendizaje cooperativo y por proyectos

El presente trabajo, muestra las diversas estrategias que podemos utilizar, y las diferentes herramientas que los sistemas de e-learning ofrecen como apoyo, a través de ejemplos implementados a lo largo de los tres últimos años en la docencia de una asignatura concreta: Diseño Asistido por Ordenador, en la titulación de Ingeniería Técnica Industrial en Mecánica, en la Escuela Politécnica de Donostia-San Sebastián, Universidad del País Vasco-Euskal Herriko Unibertsitatea.

Herramienta para la representación 3D, usando WebGL, de clusters de supercomputación

Este Trabajo de Fin de Grado constituye el primero en una línea de Trabajos con un objetivo común: la creación de una aplicación o conjunto de aplicaciones que apoye a la administración de un cluster de supercomputación mediante una representación en tres dimensiones del mismo accesible desde un navegador. Esta aplicación deberá ser de fácil manejo para el personal que haga uso de ella, que recibirá información procedente de distintas fuentes sobre el estado de cada uno de los dispositivos del cluster. Concretamente, este primer Trabajo se centra en la representación gráfica del cluster mediante WebGL, el estándar para renderizado 3D en navegadores basado en OpenGL, tomando como modelo de desarrollo el SCBI (Centro de Supercomputación y Bioinnovación) de la Universidad de Málaga. Para ello, se apoyará en la creación de una herramienta con la que describir texualmente de forma intuitiva los elementos de una sala de supercomputadores y los datos asociados a los mismos. Esta descripción será modificable para adaptarse a las necesidades del administrador de los datos.

Fabricación y caracterización físico-mecánica de biocomposites reforzados con fibras naturales. Aplicaciones en el sector náutico.

156 p.

Implementación de algoritmos para la manipulación de curvas concoides en diseño geométrico

Este proyecto se enmarca dentro de la Computación Simbólica y de los fundamentos matemáticos del Diseño Geométrico Asistido por ordenador (CAGD). Se abordara uno de los problemas principales en el ámbito del CAGD y que es la manipulación de las Curvas Concoide. La importancia del avance en la manipulación de las curvas concoide radica en el papel fundamental que desempeñan en múltiples aplicaciones en la actualidad dentro de campos de diversa índole tales como la medicina, la óptica, el electromagnetismo, la construcción, etc. El objetivo principal de este proyecto es el diseño e implementación de algoritmos para el estudio, cálculo y manipulación de curvas concoides, utilizando técnicas propias del Calculo Simbólico. Esta implementación se ha programado utilizando el sistema de computación simbólica Maple. El proyecto consiste en dos partes bien diferenciadas, una parte teórica y otra más practica. La primera incluye la descripción geométrica y definición formal de curvas concoide, así como las ideas y propiedades básicas. De forma más precisa, se presenta un estudio matemático sobre el análisis de racionalidad de estas curvas, explicando los algoritmos que serán implementados en las segunda parte, y que constituye el objetivo principal de este proyecto. Para cerrar esta parte, se presenta una pequeña introducción al sistema y a la programación en Maple. Por otro lado, la segunda parte de este proyecto es totalmente original, y en ella el autor desarrolla las implementaciones en Maple de los algoritmos presentados en la parte anterior, así como la creación de un paquete Maple que las recoge. Por último, se crean las paginas de ayudas en el sistema Maple para la correcta utilización del paquete matemático anteriormente mencionado. Una vez terminada la parte de implementación, se aplican los algoritmos implementados a una colección de curvas clásicas conocidas, recogiendo los datos y resultados obtenidos en un atlas de curvas. Finalmente, se presenta una recopilación de las aplicaciones más destacadas en las que las concoides desempeñan un papel importante así como una breve reseña sobre las concoides de superficies, objeto de varios estudios en la actualidad y a los que se considera que el presente proyecto les puede resultar de gran utilidad. Abstract This project is set up in the framework of Symbolic Computation as well as in the implementation of algebraic-geometric problems that arise from Computer Aided Geometric Design (C.A.G.D.) applications. We address problems related to conchoid curves. The importance of these curves is the fundamental role that they play in current applications as medicine, optics, electromagnetism, construction, etc. The main goal of this project is to design and implement some algorithms to solve problems in studying, calculating and generating conchoid curves with symbolic computation techniques. For this purpose, we program our implementations in the symbolic system “Maple". The project consists of two differentiated parts, one more theoretical part and another part more practical. The first one includes the description of conchoid curves as well as the basic ideas about the concept and its basic properties. More precisely, we introduce in this part the mathematical analysis of the rationality of the conchoids, and we present the algorithms that will be implemented. Furthermore, the reader will be brie y introduced in Maple programming. On the other hand, the second part of this project is totally original. In this more practical part, the author presents the implemented algorithms and a Maple package that includes them, as well as their help pages. These implemented procedures will be check and illustrated with some classical and well known curves, collecting the main properties of the conchoid curves obtained in a brief atlas. Finally, a compilation of the most important applications where conchoids play a fundamental role, and a brief introduction to the conchoids of surfaces, subject of several studies today and where this project could be very useful, are presented.

Estudio, diseño e implementación de un circuito integrado de aplicación específica para registradores en cadenas de frío

Uno de los factores que afectan seriamente la calidad de los productos lácteos es la continuidad de la cadena de frío desde que los mismos salen de la planta hasta que es vendido a los consumidores. El aseguramiento de la antes citada cadena es particularmente importante en la etapa de transporte debido a los períodos muchas veces prolongados que deben transcurrir hasta la llegada de los productos a los centros de consumo, correspondiendo esta responsabilidad a las empresas de transporte. De la importancia de la etapa de transporte se deduce el interés de las industrias de auditar de alguna forma a las empresas encargadas del mismo, de al forma de garantizar la continuidad de la cadena del frío, ya que de llegar a consumirse un producto en mal estado, la productora de lácteos sufriría serios problemas de imagen ante los consumidores que se traducirían en dificultades a la hora de intentar posicionar sus productos en el mercado. De aquí la importancia de control de los transportistas, siendo absolutamente necesario disponer de equipamiento que permita efectuarlo. Dicho equipamiento deberá ser de bajo costo, debido fundamentalmente a la gran cantidad de unidades a controlar, de bajo consumo, totalmente independiente de las instalaciones del equipo de transporte, fácilmente programable y utilizable, de gran confiabilidad, y por sobre todo totalmente inviolable de tal forma de evitar la alteración de los datos contenidos en el sistema. (...) (...) El presente proyecto tiene por objetivo el desarrollo, simulación e implementación de un Circuito Integrado de Aplicación Específica (ASIC), que logre reunir en un solo circuito integrado toda la electrónica asociada a un registrador de temperaturas para control de continuidad de cadenas de frío. Dicho desarrollo se llevará a cabo mediante la utilización de técnicas microelectrónicas que permiten el diseño del ASIC mediante programas de Diseño Asistido por Computadora, su simulación lógica-temporal mediante simuladores eléctricos y finalmente la obtención de las máscaras de fabricación del circuito integrado para su posterior fabricación en el extranjero. (...) Específicamente, durante el período para el cual se solicita el apoyo, se deberán superar las etapas de diseño, simulación, extracción de componentes parásitos del layout, resimulación y obtención del circuito integrado mediante gestión de fabricación en el extranjero. Dicho prototipo deberá ser evaluado para determinar la perfomance del mismo y establecer sus especificaciones. Con posterioridad se construirán tres instrumentos prototipos para su evaluación mediante pruebas en funcionamiento real.

Low intensity vs. self-guided internet-delivered psychotherapy for major depression: a multicenter, controlled, randomized study.

BACKGROUND Major depression will become the second most important cause of disability in 2020. Computerized cognitive-behaviour therapy could be an efficacious and cost-effective option for its treatment. No studies on cost-effectiveness of low intensity vs self-guided psychotherapy has been carried out. The aim of this study is to assess the efficacy of low intensity vs self-guided psychotherapy for major depression in the Spanish health system. METHODS The study is made up of 3 phases: 1.- Development of a computerized cognitive-behaviour therapy for depression tailored to Spanish health system. 2.- Multicenter controlled, randomized study: A sample (N=450 patients) with mild/moderate depression recruited in primary care. They should have internet availability at home, not receive any previous psychological treatment, and not suffer from any other severe somatic or psychological disorder. They will be allocated to one of 3 treatments: a) Low intensity Internet-delivered psychotherapy + improved treatment as usual (ITAU) by GP, b) Self-guided Internet-delivered psychotherapy + ITAU or c) ITAU. Patients will be diagnosed with MINI psychiatric interview. Main outcome variable will be Beck Depression Inventory. It will be also administered EuroQol 5D (quality of life) and Client Service Receipt Inventory (consume of health and social services). Patients will be assessed at baseline, 3 and 12 months. An intention to treat and a per protocol analysis will be performed. DISCUSSION The comparisons between low intensity and self-guided are infrequent, and also a comparative economic evaluation between them and compared with usual treatment in primary. The strength of the study is that it is a multicenter, randomized, controlled trial of low intensity and self-guided Internet-delivered psychotherapy for depression in primary care, being the treatment completely integrated in primary care setting. TRIAL REGISTRATION Clinical Trials NCT01611818.

Evaluación de entornos de aprendizaje cooperativo telemático: Synergeia.

El aprendizaje cooperativo asistido por ordenador (CSCL) está emergiendo como un paradigma que puede transformar el concepto tradicional de educación, ya que permite que los estudiantes, guiados y orientados por el docente, puedan aprender unos de otros, sin que los miembros de los grupos de aprendizaje deban coincidir en el tiempo y/o en el espacio. Es decir, en el CSCL confluyen el concepto clásico del aprendizaje cooperativo y las Tecnologías de la Información y la Comunicación, y una aplicación efectiva del CSCL puede combinar las ventajas pedagógicas que se derivan de la adecuada implantación del aprendizaje cooperativo y del uso de los recursos didácticos telemáticos. La evaluación de los entornos CSCL es una etapa tan crítica como lo es la del propio diseño de estos entornos. El objetivo de este artículo es la evaluación de un entorno para el aprendizaje cooperativo telemático: el sistema Synergeia. Synergeia es una herramienta CSCL gratuita basada en 'espacios compartidos de trabajo' y que permite que los estudiantes compartan información y recursos, en un ambiente integrado de comunicación, recibiendo información de los movimientos de sus compañeros en dicho entorno. La evaluación llevada a cabo consistió en el análisis de las respuestas de una encuesta respondida por nuestro alumnado, del Ciclo Formativo de Química Ambiental, y la comparación de las mismas con las obtenidas por otros estudiantes extranjeros, dentro del proyecto europeo ITCOLE. A la luz de dichas respuestas, Synergeia ha sido considerado como un entorno que facilita la cooperación telemática entre estudiantes, si bien es importante que haya una adecuada orientación del docente durante el proceso de investigación con Synergeia, y que es igualmente importante que los estudiantes puedan percibir las acciones y leer los comentarios de los otros compañeros para poder construir su propio conocimiento.