Modelos de simulación aplicados a sistemas de producción de leche bovina

Los sistemas de producción de leche bovina son extremadamente complejos por la gran cantidad de variables que inciden sobre la magnitud de los resultados. Esto dificulta el análisis de los sistemas reales abordados en su totalidad y como una unidad. Resulta imposible utilizar todas las variables que inciden sobre los resultados de un sistema real al momento de construir un modelo de simulación. Es por eso que se hace necesario simplificar el modelo que describe el sistema, considerando un número limitado de variables que sean la fuente de las grandes variaciones en la magnitud del producto final (Silva Genneville y Mansilla Martínez, 1993). El apoyo informático de las técnicas de simulación resulta de gran utilidad para entender, explicar o mejorar el sistema (Aguilar González, 1997) y a su vez permite que la simulación sea factible, rápida y económica. Los modelos proporcionan a más bajo costo y menor tiempo un conocimiento más rápido de las situaciones reales (Silva Genneville y Mansilla Martínez, 1993). Los modelos de simulación están dirigidos al estudio de un problema específico y la búsqueda de soluciones. La predicción de la respuesta animal en función del nivel de alimentación y el tiempo bajo distintas condiciones de manejo, puede ser utilizada para la planificación física y económica de los sistemas ganaderos. El objetivo general del proyecto es brindar una herramienta que permita planificar la alimentación y presupuestar recursos de los diferentes sistemas de producción de carne en Argentina para contribuir al mejoramiento de la productividad de los mismos.

Diseño y simulación numérica de un biorreactor: Aplicación a la producción de células microbianas

Los biorreactores son ampliamente empleados en las industrias de alimentos, fermentación, farmacéuticas y tratamiento de residuos. (...) Una característica de los biorreactores es que el medio de reacción está constituido por distintas fases. Esto hace que exista una importante interrelación entre los fenómenos bioquímicos, fisicoquímicos, fuidodinámicos y de transporte. (...) La experimentación preliminar en reactores de laboratorio, acompañada con el desarrollo de un modelo que permita comprender la naturaleza del fenómeno, es esencial para el diseño de biorreactores de capacidad de producción comercial. En el presente proyecto se establecerán, a partir de un estudio experimental a escala de laboratorio y la elaboración de un modelo y programa de simulación numérica de su operación, los factores que determinan la problemática del diseño de un reactor tanque agitado, de capacidad comercial, para la producción de cepas de Staphylococcus aureus. Los objetivos generales del presente proyecto son los siguientes: * Generar las bases técnico-científicas que permitan el diseño de un biorreactor discontinuo para la producción a escala comercial de cepas de Staphylococcus aureus. * Desarrollar equipos experimentales y generar herramientas computacionales que en el futuro permitan abordar otros problemas en el campo de la bioingeniería. Los objetivos específicos a alcanzar durante el período que abarca este proyecto de un año son los siguientes: * Determinar la cinética de crecimiento de cepas de S. aureus que contemplen la formación de productos. * Verificar el funcionamiento y calibración de sensores y controladores que forman parte del biorreactor experimental recientemente adquirido. * Estudiar experimentalmente la producción de S. aureus en un biorreactor de 3 lt. de capacidad, cuantificando el consumo de sustratos y la producción de biomasa, polisacárido capsular y exoproteínas. * Continuar con el desarrollo de un modelo matemático y un programa de simulación numérica que permitan describir la operación del reactor experimental y definir la problemática del escalado de la producción a nivel comercial.

Simulación y optimización del Proceso de Concentración de Ácidos Residuales de Nitración

El presente proyecto de investigación aplicada está orientado al área de Simulación y Optimización de Procesos. (...) Se pretende llevar a cabo la simulación y optimización de un proceso cuyos resultados sean aplicables a plantas industriales actualmente en operación en empresas regionales y está focalizado en la concentración de ácidos residuales de nitración. Básicamente se trata de una unidad de denitración de funcionamiento continuo. La misma es alimentada con una mezcla sulfonítrica y opera con inyección de vapor vivo. El producto de cabeza, vapores nitrosos y vapor de agua, es condensado en un sistema de doble condensador. Los vapores arrastrados son eliminados en una columna de blanqueo de la que fluye el nítrico para pasar a la fase final de refrigeración y almacenamiento. Los vapores no condensados pasan a la etapa de absorción de la que se eliminan efluentes ácidos y gases que se ventean a la atmósfera. Por el fondo de la unidad se recupera el sulfúrico diluido que pasa a enfriamiento y almacenaje. Los productos, ácidos nítrico y sulfúrico diluidos, son reciclados o comercializados a otras empresas de la zona, principalmente para industrias lácteas (limpieza) y de producción de sulfatos para tratamiento de aguas. La optimización de este proceso en particular es de gran importancia, pues puesto que solo alcanzando determinadas condiciones de concentración se potencian las posibilidades de reutilización o venta de los productos, lo cual disminuye considerablemente las dificultades que implica su acumulación tanto desde el punto de vista de seguridad para la empresa productora, como así para el medio ambiente, mejora su rentabilidad y disminuye riesgos de transporte dada la proximidad entre la fuente productora y las empresas que utilizan, evitando la necesidad de traerlos desde otros orígenes más lejanos por carretera. (...) Objetivos Generales El objetivo general de este proyecto es contribuir al conocimiento de los fundamentos básicos para la optimización de este proceso. Objetivos Específicos * Lograr el conocimiento de las pautas de optimización del proceso de recuperación de ácidos residuales. * Lograr el conocimiento de las soluciones técnicas aplicables al proceso real, para posibilitar su transferencia.

Simulación Monte Carlo de las dosis en tumores de pulmón en tratamientos de radioterapia estereotáxica extracraneal

Estudio elaborado a partir de una estancia en el Karolinska University Hospital, Suecia, entre marzo y junio del 2006. En la radioterapia estereotáxica extracraneal (SBRT) de tumores de pulmón existen principalmente dos problemas en el cálculo de la dosis con los sistemas de planificación disponibles: la precisión limitada de los algoritmos de cálculo en presencia de tejidos con densidades muy diferentes y los movimientos debidos a la respiración del paciente durante el tratamiento. El objetivo de este trabajo ha sido llevar a cabo la simulación con el código Monte Carlo PENELOPE de la distribución de dosis en tumores de pulmón en casos representativos de tratamientos con SBRT teniendo en cuenta los movimientos respiratorios y su comparación con los resultados de varios planificadores. Se han estudiado casos representativos de tratamientos de SBRT en el Karolinska University Hospital. Los haces de radiación se han simulado mediante el código PENELOPE y se han usado para la obtención de los resultados MC de perfiles de dosis. Los resultados obtenidos para el caso estático (sin movimiento respiratorio ) ponen de manifiesto que, en comparación con la MC, la dosis (Gy/MU) calculada por los planificadores en el tumor tiene una precisión del 2-3%. En la zona de interfase entre tumor y tejido pulmonar los planificadores basados en el algoritmo PB sobrestiman la dosis en un 10%, mientras que el algoritmo CC la subestima en un 3-4%. Los resultados de la simulación mediante MC de los movimientos respiratorios indican que los resultados de los planificadores son suficientemente precisos en el tumor, aunque en la interfase hay una mayor subestimación de la dosis en comparación con el caso estático. Estos resultados son compatibles con la experiencia clínica adquirida durante 15 años en el Karolinska University Hospital. Los resultados se han publicado en la revista Acta Oncologica.

Simulación rápida de procesadores

Aquest projecte tracta de realitzar un estudi per comprovar si es pot simular una aplicació de prova (benchmark) reduint el temps de simulació. Per tal de reduir el temps de simulació es seleccionaran uns determinats fragments significatius de l'execució de l'aplicació. L'objectiu és obtenir un resultat de simulació el més similar possible al de la simulació completa però en menys temps. El mètode que farem servir s'anomena incremental i consisteix a dividir la simulació en intervals d'un milió d'instruccions. Un cop dividit hem simulat per passos. En cada pas s'afegeixen intervals i s'atura la simulació quan la diferència entre el resultat del pas actual i l'anterior és inferior a un determinat valor escollit inicialment. Després es proposa una millora que es realitza i es mostren els resultats obtinguts. La millora consisteix a simular un petit interval previ a l'interval significatiu per millorar el resultat.

Diseño de instalaciones logísticas a través de la simulación

En una época como la actual en la que la continua apertura del mercado obliga a ser competitivos frente a nuevas empresas que se adaptan a los gustos y necesidades de los clientes, la empresa de bolígrafos realiza la gestión de su almacén de la misma forma que en sus inicios, hace ya 45 años. Por este motivo, se hace necesaria una adaptación de los sistemas actuales para responder a las características del mercado. Para alcanzar este objetivo se empleará la técnica de simulación por ordenador para evaluar las estrategias de mejora sin perturbar el funcionamiento del sistema existente, además de evaluar hipótesis sobre cómo y por qué aparecen ciertos fenómenos en el sistema.

Simulación de fluidos inmiscibles con el Particle Finite Element Method (PFEM)

Proyecto de investigación realizado a partir de una estancia en el Centro Internacional de Métodos Computacionales en Ingeniería (CIMEC), Argentina, entre febrero y abril del 2007. La simulación numérica de problemas de mezclas mediante el Particle Finite Element Method (PFEM) es el marco de estudio de una futura tesis doctoral. Éste es un método desarrollado conjuntamente por el CIMEC y el Centre Internacional de Mètodos Numèrics en l'Enginyeria (CIMNE-UPC), basado en la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes en formulación Lagrangiana. El mallador ha sido implementado y desarrollado por Dr. Nestor Calvo, investigador del CIMEC. El desarrollo del módulo de cálculo corresponde al trabajo de tesis de la beneficiaria. La correcta interacción entre ambas partes es fundamental para obtener resultados válidos. En esta memoria se explican los principales aspectos del mallador que fueron modificados (criterios de refinamiento geométrico) y los cambios introducidos en el módulo de cálculo (librería PETSc, algoritmo predictor-corrector) durante la estancia en el CIMEC. Por último, se muestran los resultados obtenidos en un problema de dos fluidos inmiscibles con transferencia de calor.

Modelado y simulación de sistemas biológicos

En la presente memoria se ha recogido de forma escrita el conjunto de fases que se han llevado a cabo en la realización del proyecto consistente en un simulador de sistemas biológicos utilizando modelos orientados al individuo. Concretamente, el sistema biológico representado ha consistido en el movimiento y comportamiento de cohesión que poseen los peces.

Simulación del proceso de investigación durante la realización del ciclo de prácticas

Las sesiones de laboratorio ofrecen la posibilidad de simular a pequeña escala el proceso de investigación. En una actividad formativa basada en la metodología PBL (Problem Based Learning), cada grupo de alumnos recibe el encargo de comprobar de manera experimental el efecto de una sustancia sobre el crecimiento de una población de la planta acuática Lemna minor. Después de completar el diseño experimental y llevar a cabo el ensayo, los alumnos deben redactar un informe final en formato póster de forma que presenten sintéticamente los objetivos del ensayo, el procedimiento experimental seguido, los resultados obtenidos y las conclusiones alcanzadas. La actividad finaliza con la presentación de todos los pósters en una sesión específica. Esta práctica docente ha permitido detectar algunos déficits formativos en nuestros alumnos que han motivado la implementación de estrategias correctoras.

Simulación de departamentos de urgencias empleando un modelo basado en agentes

Los servicios de salud son sistemas muy complejos, pero de alta importancia, especialmente en algunos momentos críticos, en todo el mundo. Los departamentos de urgencias pueden ser una de las áreas más dinámicas y cambiables de todos los servicios de salud y a la vez más vulnerables a dichos cambios. La mejora de esos departamentos se puede considerar uno de los grandes retos que tiene cualquier administrador de un hospital, y la simulación provee una manera de examinar este sistema tan complejo sin poner en peligro los pacientes que son atendidos. El objetivo de este trabajo ha sido el modelado de un departamento de urgencias y el desarrollo de un simulador que implementa este modelo con la finalidad de explorar el comportamiento y las características de dicho servicio de urgencias. El uso del simulador ofrece la posibilidad de visualizar el comportamiento del modelo con diferentes parámetros y servirá como núcleo de un sistema de ayuda a la toma de decisiones que pueda ser usado en departamentos de urgencias. El modelo se ha desarrollado con técnicas de modelado basado en agentes (ABM) que permiten crear modelos funcionalmente más próximos a la realidad que los modelos de colas o de dinámicas de sistemas, al permitir la inclusión de la singularidad que implica el modelado a nivel de las personas. Los agentes del modelo presentado, descritos internamente como máquinas de estados, representan a todo el personal del departamento de urgencias y los pacientes que usan este servicio. Un análisis del modelo a través de su implementación en el simulador muestra que el sistema se comporta de manera semejante a un departamento de urgencias real.

Simulación de modelos orientados al individuo

Los bancos de peces es un grupo social organizado sin la presencia de un líder. Esta organización se atribuye a dos patrones de comportamiento: atracción biosocial y orientación paralela. Este sistema puede modelarse mediante la aproximación del Modelo orientado al Individuo, donde la conducta de cada individuo por separado define el comportamiento grupal de todos los individuos. El objetivo del trabajo es mejorar el rendimiento del simulador mediante una programación híbrida que aproveche las alternativas de paralelismo en el cómputo que ofrecen las recientes arquitecturas multicore en sistemas de altas prestaciones.