DSM (Decision Support Model) Para Limpieza De Zonas Minadas Autor: Carolay Camacho Sánchez Tutor: Ing. Ruben Dario Yie Pinedo, PhD.
El desminado humanitario consiste en limpiar zonas contaminadas por minas antipersonales. Tal tarea es compleja y peligrosa. Por lo tanto, a menudo las misiones de desminado humanitario quedan incompletas, ya que los procedimientos que se siguen no garantizan la seguridad del equipo de limpieza, ocasionando que se pueda recuperar solo una parte de la zona contaminada. Las zonas correspondientes a misiones no terminadas representan un riesgo para la población civil. Bajo estos escenarios, es incuestionable la importancia de encontrar una manera eficiente de limpiar y recuperar zonas minadas teniendo en cuenta la seguridad de los recursos y agentes de limpieza. Esta investigación propone un modelo multiobjetivo de programación lineal enteramixta (MILP, por sus siglas en inglés) desarrollado para proporcionar una secuencia de búsqueda óptima para la limpieza de zonas minadas. El modelo determina el tipo de recursos a utilizar, considerando la seguridad del equipo de limpieza y el costo de limpieza. La principal contribución es minimizar el Índice de Accesibilidad Segura (IAS) del equipo de limpieza, considerando las condiciones geográficas y el estado de las zonas aledañas. El modelo de optimización se resuelve mediante CPLEX para pequeñas y medianas instancias del problema. Para resolver instancias grandes, se propone un algoritmo genético (GA). Los resultados muestran que la AG es capaz de ofrecer de manera eficiente soluciones cercanas al óptimo para las pequeñas y medianas instancias del problema. Los resultados también muestran tiempos razonables de solución de GA a grandes instancias del problema.
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Decision Support Model (DSM) For The Cleaning Of Mined Zones Autor: Carolay Camacho SĂĄnchez Tutor: Ing. Ruben Dario Yie Pinedo, PhD.
Humanitarian demining consists in clearing mine-contaminated zones. Such a task is often complex and dangerous. Therefore, demining missions are often left incomplete in procurement of protecting demining agents’ safety. Zones corresponding to unfinished missions pose a risk to civilians. Under these scenarios, it is crucial to find an efficient way to recover mined areas, while considering agents’ safety. This research proposes a multi-objective mixed-integer linear programming model (MILP) developed to provide an optimal search sequence for clearing mined areas. The model determines the type of resources to be used, considering safety of the cleaning resources and the cost of the cleaning. The main contribution minimize the Secure Accessibility Index (IAS) of cleaning agents, while taking into consideration geographic and clearing conditions of the surrounding areas. The optimization model is solved by means of CPLEX for small and medium instances of the problem. For solving large instances, a genetic algorithm (GA) is proposed. The solution approaches are tested by means of computational experiments. Results show that the GA is capable of efficiently delivering solutions close to optimally for small and medium instances of the problem. Results also show reasonable solution times of GA to large instances of the problem.
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Determinación de una Alternativa Costo-Efectiva de Floculación para Cultivos de la Microalga Chlorella en el Caribe Colombiano Autor: Leonardo Antonio Di Mare Pareja Tutor: Antonio José Bula Silvera
Como otras disciplinas, la ingeniería mecánica busca reducir las consecuencias de la contaminación, particularmente la generada por la maquinaria y las tecnologías con que trabaja. Para ello, las microalgas constituyen una excelente alternativa pues en la naturaleza cumplen una doble función: absorben CO2 y generan sustancias que aprovechan otras especies. Esas sustancias pueden utilizarse en diferentes productos: como biocombustibles, alimentos y especialidades farmacéuticas; como una de las mayores fuentes de contaminación es la quema de combustibles fósiles, remplazarlos con biocombustibles puede reducirla. Hay microalgas en casi todos los cuerpos de agua y se han desarrollado formas de cultivo para maximizar sus beneficios. Entre los inconvenientes hallados está su cultivo en grandes volúmenes de agua, que debe removerse para su posterior uso en la industria; esto demanda mucha energía, con lo cual se perdería uno de los principales objetivos de su utilización: reducir la contaminación ocasionada por la quema de combustibles en la generación de energía. Esta investigación buscó una alternativa viable para extraer la biomasa del medio cosechado de cultivos de microalgas. Se centró en la variedad Chlorella sp. por su ubicuidad en la Región Caribe colombiana, su resistencia a las condiciones climáticas y los numerosos usos industriales de la biomasa que genera. Los contenidos típicos de biomasa en el agua de cultivo oscilan entre 0,2 y 0,8 g/l para estanques abiertos y hasta 5 g/l en fotobiorreactores; valores apropiados para cultivar los microorganismos pero inconvenientes para el procesamiento posterior de la biomasa (producción de combustibles o alimentos); dados los altos costos energéticos asociados a separar el agua. Con base en la bibliografía y ensayos previos, se desarrolló un diseño experimental 24, para explorar el efecto de 4 factores: la adición, en pequeñas cantidades, de otra alga (Scenedesmus almeriensis), la adición de NaOH (para aumentar el pH), la adición de Pax 18 (coagulante comercial) y Actipol (floculante comercial). Se determinó que la adición de NaOH y la de Pax 18 fueron los factores más incidentes. Un diseño 32, con estos factores, indicó que pequeñas concentraciones del coagulante daban los mejores resultados sin afectar significativamente la vitalidad de las algas cosechadas. 12
Determination of a Cost-Effective Alternative for the Flocculation of microalgae cultures, Chlorella, in the Colombian Caribe Region Author: Leonardo Antonio Di Mare Pareja Tutor: Antonio JosĂŠ Bula Silvera As many other disciplines, mechanical engineers are in search of alternatives to reduce pollution consequences, particularly when they are generated by technologies and machines used for mechanical purposes. Microalgae look like an excellent alternative for that, given their usual roles in nature: carbon dioxide absorption and many useful substances production. These substances may be used for different products like biofuels, food and pharmaceutic specialties. As one of the main pollution sources is fossil fuel combustion, replacing fossil fuels with biofuels might cause a significant improvement. Microalgae are present in almost any water body, and several culturing techniques have been developed to maximize their benefits. High water volumes required by the culture are among the larger difficulties faced for their further processing; water shall be removed and huge energy quantities are demanded, thus affecting the net pollution reduced by microalgae production. This research aimed to develop a viable option for biomass extraction from microalgae biomass. It focused on Chlorella sp. as the microalgae strain because of its ubiquity in the Caribbean Region of Colombia, its resistance to the local weather, and the several industrial uses for its biomass. Typical biomass content in the cultures range between 0,2 and 0,8 g/l for open ponds, to 5 g/l in photobioreactors; these figures are required for culture purposes but demand high energy usage for biomass separation prior to any further processing. A 24 experimental design was developed, based on the literature and previous essays, to determine the effect of 4 factors: small quantities addition of a different microalgae (Scenedesmus almeriensis), NaOH (to increase pH), Pax 18 (commercial coagulant) and Actipol (commercial flocculent). NaOH and Pax 18 additions were found to be the most significant factors and chosen for a new 32 experimental design. Small coaguleat additions resulted in the higher concentration levels.
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Efecto de las fronteras de grano en la tenacidad a la fractura de materiales nano-cristalinos fisurados Autor: Wilmer Velilla Díaz Tutor: Habib Zambrano Rodríguez
En la presente investigación se desarrolló una nueva metodología para estimar el valor de la tenacidad a la fractura (J) de materiales nanocristalinos usando dinámica molecular. La metodología se aplicó para monocristales y bicristales de aluminio, con la finalidad de estudiar el efecto de la frontera de grano. Se estimó la tenacidad a la fractura en función de los parámetros de la mecánica de la fractura: Kc y Jc. J fue estimada a partir de los resultados de las simulaciones moleculares. Se observó que la tenacidad para los bicristales es casi cinco veces mayor que el valor de los monocristales.
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Effect of grain boundary on the fracture toughness of nanocrystalline materials Author: Wilmer Velilla DĂaz Tutor: Habib Zambrano RodrĂguez
A novel methodology is developed to estimate the fracture toughness (J) of nanocrystalline materials by means of molecular dynamics simulations. The effect of the grain boundary on the fracture toughness was analyzed. The fracture toughness is estimated in terms of Kc and Jc. The fracture toughness for the single crystal was approximately 3 J/m2 and 13 J/m2 for the bicrystal.
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Integración de Elementos para una Aproximación Sostenible en el Diseño Conceptual de Transportadores Continuos de Sólidos a Granel Autor: Leonardo Blanco Núñez Tutor: Heriberto Maury Ramírez
Un transportador continuo de sólidos a granel, es una solución tecnológica empleada para desplazar material a granel, o no envasado, en una trayectoria fija, con flujo relativamente constante, como carbón, cenizas, granos y arena fina, entre otros. Existe gran variedad de estos sistemas de transporte, por lo que realizar su diseño conceptual con una aproximación sostenible, es una tarea dispendiosa y compleja. En esta investigación se integran elementos en la estructura de diseño conceptual de transportadores continuos de sólidos a granel para que el proceso de diseño conduzca a soluciones satisfactorias en términos operacionales y con un desempeño adecuado a nivel de sostenibilidad. La integración de estos elementos implica modificaciones a métodos existentes y el desarrollo de nuevos modelos para estimar el desempeño de los transportadores continuos desde una perspectiva ambiental, económica y social en una etapa conceptual. En el proceso de diseño se considera desde lo ambiental, el consumo de energía, la intensidad de recursos en fabricación, las emisiones en operación y el potencial de reciclaje y reúso de los sistemas. Desde lo social, se considera los riesgos a la salud y la seguridad por la operación del equipo. Desde lo económico, se tiene en cuenta el costo de compra e instalación del equipo y todos los costos operacionales significativos. El diseño conceptual con integración de elementos para la aproximación sostenible como el listado de referencia, base de conocimiento para definición de alternativas, métodos de priorización multi-criterio y modelos de desempeño sostenible, condujo a resultados significativamente más atractivos que los obtenidos a través de estructuras tradicionales de diseño conceptual de transportadores al definir soluciones a problemas de transporte con menor costo de propiedad y menor consumo de energía.
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Integration of Elements for a Sustainable Approach in the Conceptual Design of Continuous Bulk Solids Transporters Author: Leonardo Blanco Núùez Tutor: Heriberto Maury RamĂrez
A bulk solid continuous conveyor is a technology solution used to move bulk material, not packed, like coal, ash, grain and others, in a fixed trajectory, with constant flow. There is a wide range of those systems, then their conceptual design with a sustainable approach is a tedious and complex task. In this research, new elements are integrated to the design structure of bulk solid conveyors aiming to develop satisfactory solutions from an operational and sustainable approach. The integration of those elements imply modifications on existing methods and the development of new models to estimate the economic and environmental performance of continuous conveyors and the social impact of their use. The proposed conceptual design structure takes in account, from an environmental approach, the energy consumption, the resources intensity to manufacture, the emissions during operation and the recycle and reuse potential of the systems. From a social approach, the structure considers the risk to the health and security during the system operation. From an economical approach, the structure considers the acquisition and installation cost and the energy, maintenance and others operational cost. The conceptual design with a sustainable approximation integrating elements like the references list, the knowledge base for the alternative definition, multi-criteria selection methods and models of the sustainable performance, allows propose solutions significantly more attractive that the obtained with traditional design approaches due to a lower cost of property and less energy consumption.
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Metodología Para La Programación De Dragados A Partir Del Régimen Hidrológico Autor: Rubén De Jesús Doria García Tutor: Humberto Fabian Avila Rangel El transporte fluvial respecto a otros modos de carga es para diversos países la opción más económica (United Nations Economic Commision for Europe (UNECE), 2011) por su capacidad de transportar cargas de gran tamaño, con bajo consumo energético, emisión de gases y disponibilidad del recurso hídrico, recurso del cual en Colombia disponemos en mayores proporciones (Mihic, Golusin, & Mihajlovic, 2011). El Magdalena cuenta con una longitud de 1,560 Km, de los cuales 887 Km son navegables (Bernal, 2013). Además, maneja el 55% del transporte de carga fluvial, ubicándolo como la principal arteria fluvial del país. Durante 2014 en Colombia se transportó alrededor de 300 millones de toneladas, de los cuales solo el 1% de este volumen se movilizó por vías fluviales, el Departamento Nacional de Planeación pretende aumentar dicho porcentaje, por lo que la navegabilidad del río Magdalena es un objetivo de interés nacional (Ministerio de Transporte, 2015). Sin embargo, la sedimentación afecta la capacidad hidráulica para la navegabilidad en los ríos (Julien, 2010). Para hacer frente a este fenómeno es necesario realizar dragados, remociones del material de fondo, con el fin de mantener o aumentar la profundidad de los canales de acceso, navegación y áreas de atraque, de este modo garantizar el paso seguro de embarcaciones (National Oceanic and Atmospheric Administration, 2018). El río Magdalena particularmente es uno de los ríos con mayor tasa de transporte y concentración de sedimentos en el mundo (Schumm, Stanley ; Winkley, 1994) por lo tanto es necesario conocer estos fenómenos y analizarlos de forma conjunta a la hidrodinámica para garantizar la navegación. Por las razones expuestas, esta investigación pretende de generar lineamientos base para definir y analizar estrategias de programación en los dragados de mantenimiento, modelando el comportamiento sedimentológico del río frente a diferentes condiciones hidrológicas. Se busca determinar los momentos de mayor efectividad para la realización de dichas intervenciones sobre el fondo del río, y así, garantizar teóricamente la navegación de forma preventiva y correctiva. Para esto se proponen dos criterios a analizar, dragados en función de la cota de diseño con una tolerancia de sedimentación y dragados en función de profundidad navegable.
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Methodology For Planning Dredging From The Hydrological Regime Autor: Rubén De Jesús Doria García Tutor: Humberto Fabián Ávila Rangel
Inland water transport compared to other modes of transport is for several countries the cheapest option (United Nations Economic Commission for Europe (UNECE), 2011) due to its capacity to manage large loads, with low energy consumption, gas emissions and availability of water resources, a resource which we have in Colombia in greater proportions (Mihic, Golusin, & Mihajlovic, 2011). The Magdalena River has a length of 1,560 km, of which 887 km are available to navigation activities (Bernal, 2013). In addition, it handles 55% of the river cargo transport, locating it as well as the main river artery of the country. During 2014 in Colombia was transported about 300 million tons, of which only 1% of this volume was mobilized by waterways, and the National Planning Department intends to increase this percentage, so the navigability at the Magdalena River is an objective of national interest (Ministerio de Transporte, 2015). However, sedimentation affects the hydraulic capacity for navigability in rivers (Julien, 2010). To deal with this phenomenon, it is necessary to dredge and remove the bottom material in order to maintain or increase the depth of the access channels, navigation and mooring areas, thus guaranteeing the safe transit of vessels (National Oceanic and Atmospheric Administration, 2018). The Magdalena River in particular is one of the rivers with the highest rates of sediment concentration and transport in the world (Schumm, Stanley; Winkley, 1994) therefore it is necessary to know these phenomena and analyze them together with hydrodynamics to ensure navigation. For the above reasons, this research aims to generate basic guidelines to define and analyze planning strategies in maintenance dredging, modeling the sedimentological behavior of the river for different hydrological conditions. The objective is to determine the most effective times to carry out these interventions on the bottom of the river, and thus theoretically guarantee navigation in a preventive and corrective way. For this, two criteria are proposed for analysis: dredging according to the design height with a sedimentation tolerance and dredging according to navigable depth.
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Metodología para la caracterización de frentes erosivos y sedimentarios en las orillas de los ríos Autor: Alexander Montalvo Molina Tutores: Humberto Ávila Rangel & Ronald Gutiérrez Llantoy
El presente trabajo investigativo desarrolló una metodología para el análisis y la clasificación de frentes erosivos y sedimentarios en los márgenes de los ríos. En ella se integran variables climáticas con las hidrológicas para el reconocimiento de periodos extremos, definiendo puntos temporales de interés. Adicionalmente, a la variable que comúnmente se encuentra en la literatura para el estudio de este fenómeno, la resistencia de las orillas a la erosión hídrica fluvial, se añaden variables morfométricas del cauce y el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) como representación de la variación de la cobertura de las orillas. Esta tesis investigativa se divide en tres capítulos. La idea de esta configuración es que se pueda tener un panorama general de cómo fue el orden de todos los procedimientos ejecutados, facilitando de esta manera la lectura. En el primero de los capítulos se expone la metodología de recolección de datos hidrológicos en el tramo de estudio, compuesto por 93 Km del río Magdalena desde el puente Pumarejo hasta Calamar, y como es la interacción de estos datos con la macroclimatología de Caribe colombiano específicamente con el fenómeno de variabilidad climática de El Niño Oscilación del Sur (ENSO por sus siglas en inglés), principal forzante del clima en esta localización y el cual consiste en fluctuaciones de la temperatura superficial del mar y la presión superficial del aire en el Ecuador del Océano Pacifico con una frecuencia cuasi-periódica promedio de 4 años. En el segundo capítulo se cuantifican los cambios espacio temporales que ha tenido el tramo de estudio desde 1976 hasta 2018 a causa de la aparición de frentes erosivos y sedimentarios en sus márgenes; estableciendo como puntos temporales de comparación aquellos que se determinaron en el primer capítulo por la presencia de eventos extremos asociados al ENSO. En el último capítulo se muestran las fases de entrenamiento, validación y evaluación que se hicieron para la construcción de un modelo de clasificación binaria capaz de predecir el estado de la orilla dadas las características iniciales en la ventana de tiempo deseada, dando una exactitud aproximada del 80%. La metodología propuesta es innovadora pues aplica conocimientos del aprendizaje supervisado en la predicción de frentes erosivos y sedimentarios, fenómeno que solamente ha sido estudiado a través de enfoques estadísticos convencionales, como los de regresión lineal. 24
Para su diseño se utilizaron las bases de datos de niveles, caudales líquidos y sólidos del IDEAM para la estación de Calamar, además de investigaciones y documentos oficiales de entidades del Estado para la identificación de eventos hidrológicos extremos asociados al ENSO en la zona de estudio. Para el análisis de los cambios espaciales en cada una de las variables se analizaron más de 20 imágenes satelitales Landsat y en la construcción del modelo final se utilizó el algoritmo de bosques aleatorios. Los resultados permiten concluir cuales son las zonas con mayores y menores actividades morfológicas del sitio de estudio y la importancia de integrar variables diferentes a la composición litológica de las orillas para aumentar la capacidad predictiva en el estudio de estos dos fenómenos de gran interés para la Hidráulica y la Morfología Fluvial.
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Methodology for characterizing erosive and sedimentary fronts on the banks of rivers Author: : Alexander Montalvo Molina Tutor: Humberto Ă vila Rangel & Ronald GutiĂŠrrez Llantoy
This research shows a modified methodology for the analysis and classification of riverbank erosion and riverbank sedimentation. It integrates climatic and hydrological variables for the recognition of extreme periods to define time points of interest. Also, to the variables found in the literature for the study of these phenomena, the resistance of the riverbanks to fluvial erosion, morphometric variables of the channel and the normalized difference vegetation index(NDVI) are added as a representation of the variation of the coverage of the riverbanks. This master thesis is divided into three chapters. The idea of this configuration is what an overview of how the order of all the procedures executed could be, thus facilitating reading. In the first of the chapters, the methodology for collecting hydrological data in the study section, consisting of 93 km of the Magdalena River from the Pumarejo bridge to Calamar, and how is the interaction of these data with the macroclimatology of the Colombian Caribbean specifically with the phenomenon of climatic variability of El NiĂąo-Southern Oscillation (ENSO), the main climate's forcing of in this location and which consists of fluctuations in the surface temperature of the sea and the surface air pressure in Ecuador of the Pacific Ocean with an average quasi-periodic frequency of 4 years. In the second chapter, the temporary space changes that the study section has had from 1976 to 2018 are quantified due to the appearance of erosive and sedimentary deposits in its riverbanks; establishing as temporary points of comparison those that were determined in the first chapter by the presence of extreme events associated with the ENSO. The last chapter shows the training, validation and evaluation phases that were made for the construction of a binary classification model capable of predicting the state of the riverbank given the initial characteristics in the desired time window, giving an approximate accuracy of the 80%. The proposed methodology is innovative because it applies knowledge of supervised learning in the prediction of riverbanks erosion, a phenomenon that has only been studied through conventional statistical approaches, such as linear regression. For its design, the IDEAM levels, liquid, and solid flow databases were used for the Calamar station, in addition to research and official documents of State entities for the identification of extreme hydrological events associated with the ENSO in the 26
study area. For the analysis of the spatial changes in each of the variables, more than 20 Landsat satellite images were analyzed and the random forest algorithm was used in the construction of the final model. The results allow concluding which are the areas with major and minor morphological activities of the study site and the importance of integrating different variables to the lithological composition of the riverbanks to increase the predictive capacity in the study of these two phenomena.
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Actualización De Modelos De Elementos Finitos Usando Ensayos Estáticos Autor: Keibyn Molina Bovea Tutor: Albert Ortiz
La incertidumbre en el comportamiento de estructuras civiles es una realidad con la que se enfrentan los ingenieros de diseño. Actualmente existen técnicas de ajuste de modelos las cuales, a través de ensayos experimentales, permiten conocer mejor las propiedades de los materiales y la incertidumbre asociada de los modelos. En este documento se presenta la actualización de un modelo de elementos finitos de un puente peatonal en aluminio ubicado en la avenida circunvalar con vía 40 de Barranquilla, Colombia. El ajuste se realiza utilizando datos experimentales de las deflexiones medidas en la prueba de carga progresiva requerida para su posterior entrada en funcionamiento. El ajuste del modelo en elementos finitos se realiza utilizando un enfoque Bayesiano con el fin de encontrar la incertidumbre en los parámetros ajustados. Las distribuciones a-priori de los parámetros son calculadas utilizando algoritmos de minimización de errores, a través de funciones de optimización. Diversos escenarios (modelos) y combinaciones de parámetros son evaluados con el fin de entender el significado físico de lo que está sucediendo en la estructura durante el ensayo.
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Update Of Finite Element Models Using Static Tests Author: Keibyn Molina Bovea Tutor: Albert Ortiz The uncertainty in the behavior of civil structures is a reality that design engineers face today. Now days there are model adjustment techniques that trough experimental trials allow to better understand the material properties and the uncertainty associated to the models. In this paper, the update of finite elements of a model of an aluminum pedestrian bridge located on the avenue circunvalar with via 40 of Barranquilla. Colombia, is presented. The adjustment is made using experimental data of the deflections measured in the progressive load test required for further operation. The adjustment of the model through finite elements is made using a Bayesiano ap- proach in order to find uncertainty in the adjusted parameters. A-priori distributions of parameters are calculated using error minimization algorithms, through optimization functions. Different scenarios (models) and combinations of parameters are evaluated in order to understand the physical meaning of what is happening in the structure during the trial.
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Lineamientos Metodológicos Para Ubicación De Un Parque Eólico Offshore Asociados Al Clima Marítimo Y Condiciones Hidrodinámicas En El Departamento Del Atlántico Autor: Marianella Bolívar Carbonell Tutor: PhD. Germán Rivillas Ospina
En el siguiente trabajo se presentan lineamientos metodológicos para la ubicación de un parque eólico offshore, los cuales están basados en un estudio del conocimiento del potencial energético eólico, condiciones marítimas y de la interacción fluido-estructura. Se tomó como caso de estudio para evaluar dichos lineamientos la zona desde el Tajamar Occidental de Bocas de Ceniza hasta el Municipio de Puerto Colombia. Para poder conocer el potencial energético se debe realizar un análisis de clima marítimo que comprende un análisis de condiciones medias, condiciones extremas y de tormenta, a partir de las cuales se estima la energía que puede suministrar el área de estudio (operatividad, estados últimos de servicio y persistencia de los fenómenos). El estudio de clima marítimo permite establecer las condiciones hidrodinámicas a las que va a estar sometida la estructura, las cuales fueron el insumo para la evaluación de la interacción fluidoestructura que permitieron determinar la estabilidad de una estructura offshore tipo monopilote. Los resultados de este análisis de clima marítimo indicaron que el máximo potencial energético eólico se encuentra en las proximidades de la desembocadura del río Magdalena, las condiciones marítimas que se establecieron a partir de la herramienta Delft3D, dieron a conocer los frentes de onda que llegan a la zona de estudio y variaciones de corriente por profundidad. Por último, con lo resultados obtenidos en las condiciones mencionadas anteriormente, se desarrolló un análisis de interacción fluido-estructura utilizando ABAQUS CAE, en donde se determinó la estabilidad variando parámetros geométricos, características de los materiales y solicitaciones (cargas).
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Methodological Guidelines For The Location Of An Offshore Wind Farm Associated With The Wave And Wind Climate And Hydrodynamic Conditions In The Department Of Atlántico. Author: Marianella Bolívar Carbonell Tutor: PhD. Germán Rivillas Ospina
The following work presents methodological guidelines for the location of an offshore wind farm, which are based on a study of the knowledge of wind energy potential, maritime conditions and fluid-structure interaction. A case study was taken to evaluate these guidelines in the area from the Western Tajamar of Bocas de Ceniza to the Municipality of Puerto Colombia. To know the energy potential, a maritime climate analysis must be carried out, which includes an analysis of average, extreme and storm conditions, from which the energy that can be supplied by the study area is estimated (operability, last states of service and persistence of phenomena). The study of maritime climate allows to establish the hydrodynamic conditions to which the structure will be subjected, which were the input for the evaluation of the fluidstructure interaction that allowed to determine the stability of an offshore monopile type structure. The results of this maritime climate analysis indicated that the maximum wind energy potential is near the mouth of the Magdalena River, the maritime conditions that were established from the Delft3D tool, revealed the wave fronts that reach the study area and current variations by depth. Finally, with the results obtained in the conditions mentioned above, an analysis of fluid-structure interaction was developed using ABAQUS CAE, where stability was determined by varying geometric parameters, material characteristics and solicitations (loads).
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Desarrollo de Criterios de Evaluación de la Serviciabilidad del Pavimento para Vías Urbanas Autor: Rafael Alberto Camargo Pardo Tutor: Luis Fuentes, Ph.D.
La serviciabilidad es uno de los conceptos fundamentales ampliamente utilizados por la comunidad de ingeniería de carreteras para diseñar y administrar estructuras de pavimento. Actualmente, la cuantificación de la serviciabilidad del pavimento, medida en términos del Índice de Serviciabilidad Presente (PSI), se basa en el Índice de Rugosidad Internacional (IRI) – un modelo matemático desarrollado por el Banco Mundial en 1986. El IRI adopta una velocidad de modelación constante de 80 km/h, una de las principales razones que respaldan el hecho de que los modelos de serviciabilidad disponibles en la literatura son generalmente aplicables a carreteras interestatales y vías rurales. Sin embargo, en vías urbanas de baja velocidad, especialmente en países en desarrollo, y/o vías congestionadas, esto puede presentar un reto – ya que las velocidades de operación de los vehículos podrían ser muy inferiores que 80 km/h, entre otras limitaciones asociadas con el uso del IRI como un indicador de la calidad de viaje o la serviciabilidad dentro del contexto de las vías urbanas. Utilizando los pavimentos rígidos urbanos de la ciudad de Barranquilla como fuente de datos, este estudio fue realizado para formular, proponer y comparar algunos criterios de evaluación de la serviciabilidad para vías de baja velocidad (30 – 60 km/h) en un entorno urbano típico de los países en desarrollo. Se realizó una modelación determinística y probabilística del PSI con base en dos enfoques diferentes asociados con reconocidos indicadores de la rugosidad del pavimento, específicamente: (1) la metodología tradicional usando el IRI y (2) una metodología alternativa basada en los conceptos de vibración de cuerpo entero (WBV, por sus siglas en inglés) utilizando la aceleración vertical media cuadrática ponderada (awz). En general, este estudio ha demostrado que para una estimación precisa de la calidad de viaje y el confort, en términos de PSI, los criterios de evaluación deben estar basados en condiciones de campo representativas. En este sentido, los resultados de este estudio sugieren un importante potencial en la capacidad del concepto basado en el awz, en comparación con los modelos tradicionales de serviciabilidad basados en el IRI, para describir adecuadamente la percepción de los 32
usuarios sobre las vías urbanas de baja velocidad. Este hallazgo se alinea bien con el hecho de que el parámetro awz, calculado para una velocidad de operación de 50 km/h, ofrece una representación más precisa de la experiencia del usuario bajo condiciones reales de viaje. De hecho, la velocidad de operación típica para la mayoría de las vías urbanas en ciudades como Barranquilla es de alrededor de 50 km/h, con un límite de velocidad de 60 km/h. Adicionalmente, en función de la probabilidad de aceptación asociada a la condición del pavimento, se formularon algunos umbrales de IRI y awz. Para un criterio recomendado de probabilidad de aceptación del 85%, se propusieron umbrales de 5.9 m/km y 0.98 m/s2 para el IRI y el awz, respectivamente. Finalmente, los criterios propuestos en este estudio pueden potencialmente servir como un instrumento objetivo para priorizar proyectos de infraestructura vial a nivel de red local. De esta forma, se puede apoyar el proceso de toma de decisiones por parte de las agencias viales, optimizar el cronograma de actividades de mantenimiento y rehabilitación (M&R) y, por tanto, lograr un aumento en el bienestar de la población urbana.
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Development of Pavement Serviceability Evaluation Criteria for Urban Roads Author: Rafael Alberto Camargo Pardo Advisor: Luis Fuentes, Ph.D.
Serviceability is one of the fundamentals concepts widely used to design and manage pavement structures by the road engineering community. Currently, the quantification of the pavement serviceability, as measured in terms of the present serviceability index (PSI), is based on the international roughness index (IRI)– a mathematical model developed by the World Bank in 1986. The IRI adopts a constant modeling speed of 80 km/h, which is one of the main reasons that support the fact that the serviceability models available on the literature are generally more applicable to interstate highways and rural roads. However, on low-speed urban roads, particularly in developing countries and/or congested roads, this may present a challenge – as vehicle operating speeds could be much lower than 80 km/h, among other limitations associated with the use of IRI as an indicator of ride quality or serviceability within the context of urban city roads. Using the City of Barranquilla’s urban rigid pavements as the datum source, this study was conducted to formulate, propose, and compare some pavement serviceability evaluation criteria for low-speed roads (30 – 60 km/h) in an urban setting, typical of developing countries. Deterministic and probabilistic modeling of the PSI was conducted based on two different approaches associated with recognized pavement roughness indicators, namely: (1) the traditional methodology using the IRI, and (2) an alternative methodology based on the whole-body vibration (WBV) concepts using the vertical frequency-weighted RMS acceleration awz. Overall, this study has demonstrated that for accurate estimation of the ride quality and comfort, in terms of PSI, the evaluation criteria should correspondingly be based on representative field conditions. In this sense, the results of this study suggest a plausible potential in the ability of the awz-based concept compared to the traditional IRI-based serviceability models to adequately describe the users’ perceptions of lowspeed urban city road. This finding aligns well with the fact that the awz parameter, computed for an operating speed of 50 km/h, offers a more realistic representation of the user experience under real travel conditions. In fact, the typical operating
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speed for most urban roads in cities such as Barranquilla is around 50 km/h, with a speed limit of about 60 km/h. Additionally, based on the probability of acceptance related to pavement condition, some IRI and awz thresholds were formulated. For a recommended criterion of pavement acceptance probability of 85%, thresholds of 5.9 m/km and 0.98 m/s2 were proposed for IRI and awz, respectively. Finally, the criteria proposed in this study can potentially serve as an objective instrument to prioritize road infrastructure projects at the local network level. In this way, it can support the decision-making process by road agencies, optimize the schedule of maintenance and rehabilitation (M&R) activities and, therefore, achieve an increase in the welfare of the urban population.
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CARACTERIZACIĂ“N ESTADĂ?STICA DE MUROS DELGADOS DE CONCRETO REFORZADO PARA ZONAS DE AMENAZA SĂ?SMICA ALTA Autor: Julio Arturo SĂĄnchez Vengoechea Tutor: Carlos Alberto Arteta Torrens
Como sistema estructural los muros de concreto reforzado presentan una serie de ventajas para el constructor con respecto al sistema tradicional de pĂłrticos de concreto, por su economĂa de acabados y velocidad de construcciĂłn. Al emplear el sistema, las demandas sĂsmicas en tĂŠrminos de desplazamientos son relativamente bajas. Motivados por la expectativa de eficiencia econĂłmica, los ingenieros calculistas los han llevado a lĂmites de capacidad desconocidos, apostando por menores espesores de muros y bajas cuantĂas de acero. Pero muros con estas condiciones no han sido sometidos a un terremoto de intensidad intermedia o alta, por lo que se desconoce el comportamiento esperado ante este tipo de sismos. El objetivo de esta investigaciĂłn consiste en determinar y analizar las propiedades geomĂŠtricas y mecĂĄnicas de muros delgados, caracterĂsticas de zonas de amenaza sĂsmica alta para Colombia. Se analizaron 65 muros con aletas (T, C, L o U) en 28 edificios de concreto reforzado de una ciudad con amenaza sĂsmica alta en Colombia (Armenia). Se encontrĂł que, para esta ciudad, los muros tĂpicos van de 12 a 15cm de espesor (đ?‘Ąđ?‘¤ ), reforzados con cuantĂa mĂnima utilizando malla eletrosoldada colocada en una capa , sin elementos de borde, pero con acero concentrado en los extremos; una longitud tĂpica entre 4 y 5 metros en el alma (đ?‘™đ?‘¤ ), una longitud tĂpica entre 1 y 2 metros en la aleta (đ?‘™đ?‘“ ) y carga axial inferior al 10% (đ??´đ?‘” đ?‘“đ?‘?′ ). Adicionalmente el estudio se complementa con la revisiĂłn de los resultados de la campaĂąa experimental del Colombian Earthquake Engineering Research Network (CEER) en cooperaciĂłn con la Escuela PolitĂŠcnica Federal de Lausane (EPFL-Suiza) de 4 muros con aleta de caracterĂsticas similares a los estimadas en esta investigaciĂłn. Con el mismo protocolo de carga reversible pero diferentes configuraciones de acero, se manejĂł un espĂŠcimen de control, un segundo espĂŠcimen con malla electrosoldada y dos especĂmenes con acero adicional concentrado en su extremo para controlar la formaciĂłn de grietas en altura. De los resultados experimentales se concluye que para las condiciones de esfuerzo tĂpicas, el patrĂłn de agrietamiento estĂĄ dominado por la grieta principal que se genera en 36
la base de los muros que tiene una capacidad de rotación inferior a la establecida en la normativa colombiana. Finalmente, del análisis de los parámetros encontrados para la ciudad, se concluye que la norma colombiana debe aumentar los requerimientos de refuerzo en muros estructurales para evitar fallas por flexocompresión en secciones con aletas y fallas frágiles súbitas debido a momentos de agrietamiento superiores al momento de fluencia en la sección.
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STATISTICAL CHARACTERIZATION OF RC THIN WALLS IN HIGH SEISMIC HAZARD ZONES Author: Julio Arturo SĂĄnchez Vengoechea Tutor: Carlos Alberto Arteta Torrens
As structural system, the reinforced concrete thin walls present some advantages for the constructor over the moment frame system, due savings in finishes and the reduction in the time of construction. When the system is used, the seismic demands in terms of displacement are relatively low, and motived by the financial gain, the structural engineers have pushed the system to lower capacity limits, by reducing wall thickness and using low steel ratios. But this kind of wall hasn’t been subject to a high intensity earthquake, and it’s response for these events is still unknown. The objective of this investigation is to determine and analyze the geometrical and mechanical thin wall properties, of High seismic hazard zones in Colombia. 65 flanged walls (T, C, L or U shapes) where analyzed in 28 reinforced concrete buildings in a city with high intensity earthquakes (Armenia). Was found that a typical wall has thickness (đ?‘Ąđ?‘¤ ) between 12 to 15 cm, reinforced with minimum steel ratio using welded wire mesh in one layer, without boundary elements, but with concentrated steel at the ends of the wall; a web length (đ?‘™đ?‘¤ ) between 4 and 5m, flange length (đ?‘™đ?‘“ ) between 1 and 2 m and axial load ratio lower than 10% (đ??´đ?‘” đ?‘“đ?‘?′ ). Additionally the study Will be complemented with the review of the experimental campaign from the Colombian Earthquake Engineering Research Network (CEER) in cooperation with the Ecole Polytechnique fĂŠdĂŠrale de Lausanne (EPFL-Switzerland) research institute, from 4 flanged walls selected by this investigation. Using the same load protocol with reverse cycles, but changing the steel, the first specimen was a control specimen, the second specimen used welded wire mesh as reinforcement y the third and fourth had concentrated steel at the ends to control wall cracking. It is concluded that for the typical stress condition, the cracking pattern is dominated by the principal crack at the bottom of the wall, and the displacement capacity found for this condition is lower than the displacement allowed in the Colombian seismic code. Finally from the database, it’s concluded that the Colombian code needs to increase the Steel requirements in walls to avoid flexural-compression failures in flanged section walls, and fragile failures due yielding moments higher than cracking moments.
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Análisis de Potencial y Eficiencia de Generación Eléctrica Empleando el Efecto Termoeléctrico Autor: Daniela María Charris Stand Tutor: Mauricio Pardo González, Ph.D.
Esta investigación identifica el potencial eléctrico asociado con los generadores termoeléctricos (TEG) bajo la incidencia de los rayos solares y realiza una comparación de eficiencia utilizando este tipo de dispositivos y aquellos fotovoltaicos. El uso de estos dispositivos se propone como alimentación para dispositivos de medición remotos. La caracterización y modelado de TEG se presenta para favorecer la estimación del potencial eléctrico, definido como densidad de potencia. El funcionamiento correcto de la recolección térmica consiste en mantener una diferencia de temperatura de al menos 26.31K entre los terminales del TEG. Con este requisito cumplido, se obtienen eficiencias de conversión de energía de aproximadamente 26.43%, más altas que las de paneles solares de alta calidad y sin reducciones de eficiencia asociadas con el calentamiento y la suciedad, mientras se mantiene la misma área superficial. Se encuentra una estimación de al menos 407.3mW correspondiente a 2.44Wh de energía disponible considerando las horas de operación específicas determinadas estadísticamente para una ubicación geográfica dada. Por lo tanto, dada dicha métrica de rendimiento, se diseña una unidad de potencia completa que complementa la recolección de energía termoeléctrica (TEH) con una batería de Li-Po para garantizar de ese modo una operación continua. La energía total disponible del prototipo permite mantener un porcentaje de descarga de batería del 38,05% considerando el presupuesto de energía de un sensor remoto de baja potencia.
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Analysis of Potential and Efficiency of Electric Generation Using Thermoelectric Effect Author: Daniela MarĂa Charris Stand Tutor: Mauricio Pardo GonzĂĄlez, Ph.D.
This research identifies the electrical potential associated with Thermoelectric Generators (TEG) under the incidence of solar rays and performs efficiency comparison using this type of devices and those photovoltaic. TEG characterization and modeling is presented to favor the estimation of the electrical potential, defined as power density (W/m2). The proper operation of thermal harvesting lays in maintaining a temperature difference of at least 26.31K between the TEG sides. With this requirement fulfilled, power conversion efficiencies of about 26.43% are obtained, higher than that of high-quality solar panels and without efficiency reductions associated with heating and soiling, while keeping the same superficial area of only 16cm2. An estimate of at least 407.3mW corresponding to 2.44Wh of available energy is found considering specific operation hours determined statistically for a given geographic location. Thus, given such performance metric, a complete power unit is devised complementing the Thermoelectric Energy Harvesting (TEH) with a Li-Po battery to guarantee in that way a continuous operation. The total energy available from the prototype allows maintaining a battery discharge percentage of 38.05% considering the energy budget of a low-power remote sensor.
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Diseño Y Análisis De Un Convertidor De Energía De Onda Tipo De Absorbedor De Puntos Para La Extracción De Energía De Las Olas Autor: CARLOS PIMIENTA MARTINEZ Tutor: INGRID OLIVEROS PANTOJA
La generación de energía eléctrica a partir de las olas del océano ha estado en constante crecimiento tecnológico durante las últimas décadas, por ser una fuente limpia de energía abundante y renovable. Sin embargo, los sistemas existentes son extensos en tamaño y costo. Así, en esta tesis, se desarrolla una metodología de diseño para la construcción de un prototipo de energía de las olas. El dispositivo propuesto es un mecanismo de manivela deslizante conectado a una boya esférica. La boya, situada en la superficie del agua, aprovecha el movimiento vertical de las olas convirtiendo su movimiento de oscilación en un movimiento de rotación que actúa sobre el eje de las bobinas de la armadura dentro del generador para obtener energía eléctrica. El diseño de los componentes mecánicos se realizó mediante la aplicación del principio de Trabajo Virtual y D’Alembert, que permitió la determinación del modelo dinámico del sistema; luego, utilizando estos resultados, la masa y la inercia de cada elemento se obtuvieron mediante un procedimiento de optimización utilizando el toolbox de optimización de Matlab. Por último, los resultados del modelo matemático se validaron mediante experimentación en un prototipo a escala del dispositivo.
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Design and Analysis of a Wave Energy Converter of Point Absorber Type for the Energy Extraction from the Waves Author: CARLOS PIMIENTA MARTINEZ Tutor: INGRID OLIVEROS PANTOJA
The generation of electric power from ocean waves has been in constant technological growth during the last decades, for being a clean source of abundant and renewable energy. However, the existing systems are extensive in size and cost. Thus, in this thesis, a design methodology for the construction of a wave energy prototype is developed. The proposed device is a slider-crank mechanism connected to a spherical buoy. The buoy, situated on the surface of the water, takes advantage of the vertical movement of the waves converting their oscillation movement into a rotational motion that actuates over the shaft of the armature coils within the generator to obtain electric power. The design of the mechanical components was conducted by the application of the principle of Virtual Work and D’Alembert, which allowed the determination of the dynamical model of the system; then, using these results, the mass and inertia of each element were obtained by an optimization procedure using the Optimization Toolbox of Matlab. Lastly, the results of the mathematical model were validated by experimentation in a scaled prototype of the dispositive.
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Análisis De Imágenes Digitales De Células Y Herramientas Computacionales Para El Estudio De Mecanismos De Entrada Del VSR Al Epitelio Bronquial Humano Autor: Margarita R. Gamarra A. Tutor: Eduardo E. Zurek V. Co-Tutor: Homero San-Juan V. Estudios recientes se han centrado en la heterogeneidad celular porque las diferencias de célula a célula siempre están presentes en la población celular y esta variabilidad contiene información valiosa. Por ejemplo, la actividad de infección viral muestra heterogeneidad dentro de una población de células genéticamente idénticas. El virus sincitial respiratorio (VSR) es uno de los patógenos con mayor prevalencia en infecciones del tracto respiratorio superior e inferior. El objetivo de esta investigación es realizar una caracterización morfológica y un análisis estadístico que contribuya a explicar la heterogeneidad de la infección por VRS, utilizando procesamiento digital de imágenes y herramientas computacionales. Obtener datos precisos de cada célula es esencial para estas investigaciones biológicas. Sin embargo, esta no es una tarea fácil porque, en las imágenes adquiridas de un microscopio, hay grupos de células que se tocan entre sí. Entonces, una dificultad significativa en el procesamiento de la imagen celular es la etapa de segmentación. Aunque hay varios métodos disponibles para la segmentación celular en la literatura, exhiben inconvenientes en términos de sobre segmentación, sub segmentación o identificación errónea. Se propuso un marco de trabajo para el desarrollo de software aplicado al análisis de imágenes celulares, que incluye un modelo basado en espiral, sus técnicas y artefactos. Esta metodología permite incorporar la metodología en espiral a las etapas del procesamiento digital de imágenes. Se desarrolló un nuevo método basado en transformada watershed para la segmentación celular en imágenes de microscopía de fluorescencia: Split and Merge Watershed (SM-Watershed). El método utiliza características inherentes de la célula, como el tamaño y la convexidad, para aplicar la transformada watershed y operaciones morfológicas en un proceso de dos pasos que permite separar las células correctamente. Nuestra propuesta supera a las otras técnicas de 49
segmentación celular, logrando un equilibrio entre la sobre segmentación y la noseparación, lo que la hace adecuada para el análisis posterior de la infección viral. Las características del contexto poblacional se extraen para cada célula identificada. En el análisis estadístico se implementó un modelo lineal generalizado con enlace Logit, ya que los datos son binarios (células infectadas o no infectadas). Los resultados mostraron que no es posible afirmar que existe una relación entre las características observadas y los patrones de infección por VSR, únicamente con la información extraída de las imágenes fluorescentes. La heterogeneidad celular podría ser generada por factores internos (por ejemplo, organelos intracelulares o presión citoplasmática) o factores aleatorios que pueden afectar la variación fenotípica (por ejemplo, error de medición y diferencias ambientales).
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Digital Image Analysis Of Cells And Computational Tools For The Study Of Mechanism Of RSV Entry To Human Bronchial Epithelium Autor: Margarita R. Gamarra A. Tutor: Eduardo E. Zurek V. Co-Tutor: Homero San-Juan V. Recent studies have focused on cellular heterogeneity because cell-to-cell differences are always present in cell population and this variability contains valuable information. For example, virus infection activity displays heterogeneity within a population of genetically identical cells. Respiratory Syncytial Virus (RSV) is one of the pathogens with the highest prevalence in upper and lower respiratory tract infections. The objective of this research is to perform a morphological characterization and statistical analysis that contribute to explain the heterogeneity of the RSV infection, using digital image processing and computational tools. Obtain accurate data from each cell is essential for these biological researches. However, this is not an easy task because, in the acquired images from a microscope, there are clusters of cells that are touching each other. Then a significant difficulty in the cell image processing is the segmentation stage. Although several methods for cell segmentation are available in the literature, they exhibit drawbacks in term of over-segmentation, under-segmentation or misidentification. We proposed a framework for software development applied to cell image analysis, which includes a Spiral-based model and their techniques and artifacts. This methodology allows incorporating the step of the spiral methodology to the stages of digital image processing. We developed a novel watershed-based method for cell segmentation in fluorescence microscopy images: Split and Merge Watershed (SM-Watershed). The method uses inherent characteristics of the cell, like size and convexity, to apply the Watershed transform and mathematical morphology in a two-step process that lends to separate cells correctly. Our proposal outperforms the other techniques in cell separation, achieving a balance between over-segmentation and undersegmentation, which makes it suitable for the posterior virus infection analysis. Features of the population context are extracted for each identified cell. In the statistical analysis we implemented a generalized linear model with link Logit, since 51
the data are binary (infected or non-infected). The results showed that it is not possible to state that exist a relationship between the observed characteristics and the patterns of infection of RSV, solely with the information extracted from the fluorescent images. The cellular heterogeneity could be generated by internal factors (e.g., intracellular organelles, citoplasmatic pressure) or random factors that can affect phenotypic variation (e.g., measurement error and environmental differences).
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Asimilación De Datos No Gaussianos A Través De Conjuntos: Una Aplicación De DA Sobre La Demanda Turística Autor: Rolando Beltrán Arrieta Tutor: Elías David Niño Ruiz La necesidad de estimaciones precisas de los estados futuros de los sistemas dinámicos ha llevado al desarrollo de modelos de pronóstico en várias ramas de la ciencia. La Asimilación de datos, DA, es el proceso mediante el cual se corrige un pronóstico numérico imperfecto de acuerdo con observaciones reales. El objetivo de la Asimilación de datos es mejorar la precisión de las estimaciones de los métodos de pronóstico, incorporando observaciones de manera óptima. El objetivo principal de esta investigación es desarrollar métodos para superar las limitaciones de algunas técnicas tradicionales de DA. Los métodos tradicionales suponen que el operador de observación es lineal y, por lo tanto, la distribución de probabilidad es normal. En esta investigación se propone un método para DA con operador no lineal, combinando Monte Carlo Markov Chains, MCMC, para la estimación de los momentos de la distribución posterior, con la descomposición de Cholesky modificada para el cálculo eficiente de la estimación de la inversa de la matriz de covarianza del error modelo. Por otro lado, también se asume una distribución gaussiana para el error del modelo en las técnicas tradicionales, sin embargo, esta suposición no es válida en varios problemas reales, en esta investigación un método que modela la distribución prior empleando modelos de mezcla gaussiana, GMM y realiza muestreo de distribución posterior utilizando una variación de MCMC basada en información de gradiente, el método se probó en un sistema dinámico caótico, banco de pruebas para métodos DA. Los resultados muestran que el método puede manejar las altas no linealidades causadas por la dinámica no lineal del modelo y el operador de observación no lineal, siendo incluso robusto con operadores de muy alto orden. Los métodos propuestos superaron a los métodos tradicionales en los experimentos cuando los supuestos gaussianos no eran válidos.Finalmente, se examina el problema inexplorado de aplicar DA en el contexto de la predicción de la demanda turística. Los modelos más utilizados para pronosticar la demanda turística en la literatura son los modelos basados en series de tiempo. Se propone un esquema que permite la aplicación de DA a estos modelos, es validado utilizando datos de series temporales de demanda turística de Magdalena, Colombia
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Non-Gaussian Data Assimilation via ensembles: A DA application on tourism demand Author: Rolando BeltrĂĄn Arrieta Tutor: ElĂas David NiĂąo Ruiz
Need for accurate estimates of future states of dynamical systems has led to the development of forecasting models in several branches of science. Data Assimilation, DA, is the process by which an imperfect numerical forecast is corrected according to real observations. The aim of Data Assimilation is to improve the accuracy of forecast methods estimates, by incorporating observations optimally. The main goal of this research is to develop methods to overcome the limitations of some traditional DA techniques. Namely, traditional methods assume that the observational operator is linear and therefore the distribution of likelihood is normal. In this research a method for DA with non-linear operator is proposed, combining the Monte Carlo Markov Chain, MCMC, for the estimation of the moments of the posterior distribution, with the modified Cholesky decomposition for the efficient calculation of the estimate of the inverse of the covariance matrix of the model error. On the other hand, a Gaussian distribution for model error is also assumed in traditional techniques, however this assumption is not valid in several real problems, in this research a method that models the prior distribution by employing Gaussian Mixture Models, GMM, and performs sampling of posterior distribution using a variation of MCMC based on gradient information is proposed, the method was tested on a chaotic dynamic system, testbed for DA methods. Results shows that the method is able to deal with the high non-linearities caused by the non-linear dynamics of model and the non-linear observation operator, being even robust with very high order operators. Proposed methods outperformed traditional methods in the experiments when the Gaussian assumptions weren't valid. Finally, the unexplored problem of applying DA in the context of the prediction of tourism demand is examined. The most widely used models in forecasting tourism demand in the literature are time series based models. A scheme that allows the application of DA to these models is proposed, and a test was performed using data from time series of tourism demand of Magdalena, Colombia. 54
Aproximación De Una Red Multicast De Resolución Con Network Coding Utilizando El Algoritmo De Dinic Autor: Liliana Andrea González Hernández Tutor: José Márquez Díaz No es un secreto para nadie, que cada vez es más usual e indispensable el uso de Internet, además, la tendencia es que cualquier dispositivo electrónico se pueda conectar a la red para transmitir y/o recibir datos. Esto nos hace pensar que cada vez es más necesario el uso de técnicas o métodos que mejoren y potencialicen el rendimiento, eficiencia y escalabilidad de los canales por donde se están enviando todo este cúmulo de paquetes de información. Uno de los problemas frecuentes consiste en la pérdida de paquetes; esto, debido a errores en los enlaces que conectan a los distintos nodos. El mecanismo tradicional para atacar este inconveniente, se realiza a través de técnicas de reenvío de paquetes perdidos desde el punto de inicio; es decir, desde el terminal o fuente que genera la información hasta su destino final. Esto traduce en que el canal estará transmitiendo no solo los datos nuevos que recibe, sino que tendrá datos que volverán a repetirse ya que no llegaron a su destino. Una solución inminente a esta problemática, consiste en la implementación de la técnica matemática de Network Coding (NC). Usando esta técnica se otorga capacidad de procesamiento de datos a los nodos intermedios de una red, con el fin de permitirle realizar operaciones lógicas sobre los paquetes. El principal objetivo de la técnica es la recuperación de datos perdidos sin tener que recurrir a la retransmisión. En la teoría y en los ensayos realizados con esta técnica, en redes con condiciones ideales, el concepto funciona a la perfección; pero yendo un poca más a la realidad, en modelos y redes multicast o con más de un sumidero no es tan sencilla la implementación como se plantea. En este punto, es necesario garantizar que las redes cumplan con ciertas características para ser solucionables por sistemas lineales de ecuaciones, esto debido a que Network Coding es una alternativa que nació a partir de una solución matemática. Este trabajo de investigación busca como objetivo principal generar un grafo aproximado de red de transmisión multicast, para la utilización de la técnica de Network Coding a través del uso iterativo del algoritmo de Dinic sobre una red general de comunicaciones, representada por un grafo. Esta red multicast uni-sesión contará con un nodo fuente y más de un nodo sumidero conocidos. El camino a seguir consiste, en primera medida, encontrar los flujos máximos independientes para cada uno de los nodos sumideros, y haciendo las reducciones 57
necesarias para que cumpla las mínimas características de una red multicast que permita la entrega simultánea de paquetes hasta el flujo máximo aplicando la técnica de Network Coding. Además, se obtendrá una matriz de flujos generales que represente la red multicast de única sesión para varios ejemplos de redes, la cual se pondrá a prueba con la técnica de Network Coding, y se concluirá para cuales redes de comunicaciones, el algoritmo de Dinic, provee por lo menos una solución de red multicast uni-sesión.
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Approximation Of A Multicast Resolution Network With Network Coding Using The Dinic Algorithm Author: Liliana Andrea González Hernández Tutor: José Márquez Díaz It is not a secret for anyone, that the use of the Internet is becoming more usual and indispensable, in addition, the tendency is that any electronic device can connect to the network to transmit or receive data. This makes us think that it is increasingly necessary to use techniques or methods that improve and increase the performance, efficiency and scalability of the channels through which all this cluster of information packages are being sent. One of the frequent problems is the loss of packages; this, due to errors in the links that connect to the different nodes. The traditional mechanism to attack this problem is done through techniques for forwarding lost packets from the starting point; that is, from the terminal or source that generates the information to its final destination. This means that the channel will be transmitting not only the new data it receives, but will have data that will be repeated because they did not reach their destination. An imminent solution to this problem is the implementation of the mathematical technique of Network Coding (NC). Using this technique, data processing capacity is granted to the intermediate nodes of a network, in order to allow it to perform logical operations on the packets. The main objective of the technique is the recovery of lost data without resorting to retransmission. In the theory and in the tests carried out with this technique, in networks with ideal conditions, the concept works perfectly; but going a little more to reality, in multicast models and networks or with more than one sink, the implementation is not as simple as it is proposed. At this point, it is necessary to ensure that networks meet certain characteristics to be solvable by linear systems of equations; this is because Network Coding is an alternative that was born from a mathematical solution. This research work aims to generate an approximate graph of multicast transmission network, for the use of the Network Coding technique through the iterative use of the Dinic algorithm over a general communications network, represented by a graph. This unicast multicast network will have a source node and more than one known sink node. The way forward is, firstly, to find the maximum independent flows for each of the sink nodes, and making the necessary reductions so that it meets the minimum characteristics of a multicast network that allows simultaneous delivery of packets up to the maximum flow by applying Network Coding technique. In addition, a matrix of general flows will be obtained representing the single session multicast network 59
for several network examples, which will be tested with the Network Coding technique, and will be concluded for which communications networks, the Dinic algorithm, It provides at least one multicast network connection solution.
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Diseño de la estructura de procesos del área de proyectos energéticos de e2 Energía Eficiente S.A. E.S.P. Autores: Paola Karina Guerra de la Hoz Alfonso Enrique Vergara Cabarcas Tutor: Ingeniera Carmenza Luna Amaya, PhD Debido al proceso de crecimiento en una organización del sector de energía y gas, con registros de aumento en el número de proyectos vendidos y mayores ingresos por facturación en generación de energía eléctrica, le resulta imperativo que los esquemas organizativos de la compañía se mantengan en constante movimiento, para lo cual su estructura de procesos debe ser capaz de soportar y manejar los cambios obligatorios de su entorno y su respuesta interna a las nuevas necesidades. Este proyecto de grado tiene como propuesta el diseño de la estructura de procesos de una de las áreas más relevantes para la compañía, el área de Proyectos energéticos; a partir del enfoque por procesos, el análisis de los modelos organizacionales y la metodología existentes para el diseño de sistemas de indicadores. Como método de investigación se utilizó el deductivo de análisis y síntesis, su estructura se compone por dos tipos: descriptiva y explicativa las cuales permitieron describir la realidad respecto a los entornos interno y externo de la empresa, buscar las causas del problema y plantear las alternativas de solución. Las etapas desarrolladas comprendieron el levantamiento de información y diagnóstico, el análisis de la información, el diseño de las alternativas de solución y la validación de los resultados. El diseño de la estructura de procesos permitió establecer un direccionamiento estratégico del área, la nueva estructura de procesos, su estructura organizacional y nueva planta de personal, un sistema de indicadores y un presupuesto para su implementación.
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Design of the process structure of the energy projects area of e2 EnergĂa Eficiente S.A. E.S.P. Authors: Paola Karina Guerra de la Hoz (55304210) Alfonso Enrique Vergara Cabarcas (72006513) Tutor: Carmenza Luna Amaya, PhD Due to the process of growth in an organization of the energy and gas sector, with records of increase in the number of projects sold and higher revenues from billing in electricity generation, it is imperative that the company's organizational schemes are kept constantly movement, for which its process structure must be able to support and manage the mandatory changes of its environment and its internal response to new needs. This degree project has as its proposal the design of the process structure of one of the most relevant areas for the company, the Energy Projects area; based on the process approach, the analysis of the existing organizational models and methodology for the design of indicator systems. As a research method, the analysis and synthesis deductive was used, its structure is composed of two types: descriptive and explanatory which allowed describing the reality regarding the internal and external environments of the company, looking for the causes of the problem and raising the alternatives from solution. The stages developed included the gathering of information and diagnosis, the analysis of the information, the design of the solution alternatives and the validation of the results. The design of the process structure allowed to establish a strategic direction of the area, the new process structure, its organizational structure and new staff, a system of indicators and a budget for its implementation.
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Diseño de un modelo de indicadores para la gestión de investigación en instituciones de educación superior. Caso de estudio vicerrectoría de investigación Universidad del Magdalena. Autor: Ing, Ana Camargo Velásquez Tutor: Ing. Carmenza Luna Amaya
La Vicerrectoría de Investigación de la Universidad del Magdalena, como todas las entidades públicas del país, debe contar con información confiable y segura, por ello es fundamental que cuente con un sistema de indicadores que permita evaluar la gestión de los procesos y el direccionamiento estratégico en la institución, pues en ocasiones los resultados obtenidos en los indicadores no son confiables lo que conllevaría muchas veces a que se tomen decisiones con alta incertidumbre y riesgo, impactando en la confiabilidad en los procesos.
Dado esta problemática y la importancia de medir la gestión de los procesos de investigación en la Institución, se decidió realizar el siguiente proyecto para definir un modelo que permita, de manera clara, la identificación, construcción, seguimiento y control de los indicadores de la Vicerrectoría de Investigación, que facilite a la institución contar con datos confiables y oportunos que midan la gestión de ésta para la toma de decisiones.
En tal sentido, y de acuerdo a las cuatro perspectivas del cuadro de mando se construyó el cuadro de los objetivos estratégicos del que se obtuvo como resultado el Modelo del Mapa Estratégico de la Vicerrectoría de Investigación el cual se basó en el análisis de las expectativas y necesidades que tenía la vicerrectoría de investigación, los programas académicos, los grupos de investigación, la oficina asesora de planeación, la oficina acreditación, las unidades de gestión de I+D+i; a través de un ejercicio de relacionamiento llevado a cabo con grupos focales de la institución.
Así mismo, se realizó un benchmarking con algunas universidades públicas líderes en investigación, con características similares a la Universidad del Magdalena e 65
igualmente acreditadas por calidad, se analizaron los indicadores que utilizan, identificando así las mejores prácticas, y obteniendo un análisis comparativo de la información recopilada. Así, se extrajeron 38 nuevos indicadores, se replantearon 9 y 12 permanecieron iguales. Para alimentar la batería disponible y se construyó una ficha de indicadores con la información de cálculo para cada uno de ellos. Finalmente, se plantean conclusiones y recomendaciones para futuras investigaciones.
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Design of a model of indicators for research management in higher education institutions. Case study of the vice-rectory of research of the University of Magdalena Autor: Ing, Ana Camargo VelĂĄsquez Tutor: Ing. Carmenza Luna Amaya
The Vice-Rectory for Research of the Universidad del Magdalena, as in all public entities in the country, must have reliable and secure information to evaluate the management, so it´s essential to have a system of indicators that allow the management of the processes and the strategic direction in the institution. Higher Education Institutions try to ensure that their management is based on the mission management of their processes, that is why university management to achieve a greater impact, relevance and quality of the processes must have reliable results leading to correct decisions and timely. Since the measurement of the results obtained should reflect an improvement in the processes. Sometimes the results obtained in the indicators aren´t reliable, which is why decisions are often made with high uncertainty and risk, which impacts the credibility of the processes and sends the information that is handled.
Given this problem and the importance of measuring the management of research processes in the Institution, it was decided to carry out the following project to define a model that clearly allows the identification, construction, monitoring and control of the indicators of the Vice-Rectory for Research. , that facilitates to the institution to have reliable and opportune data that measure the management of this for the taking of decisions.
A benchmarking was carried out with some Public Universities Accredited by Quality, taking them as a reference model, analyzing the indicators they manage identifying the best practices in this field, thus achieving a comparative analysis of the information gathered from these chosen institutions.
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According to the four perspectives of the scorecard, the table of strategic objectives was created, which resulted in the preparation of the Strategic Map Model of the Vice-Rectory for Research, which was based on the analysis of the expectations and needs of the Vice-rectory for research, academic programs, research groups, planning office, accreditation office, I & D + i management units; through a relationship exercise carried out with focal groups of the institution.
The design of this new indicator model was based on benchmarking to leading research universities that had similar characteristics to the Universidad del Magdalena, in order to extract information from the indicators reported by them for the measurement of their processes. Based on this analysis, 38 new indicators were extracted, nine and 12 current indicators were redesigned to feed the available battery and an indicator sheet was constructed with the calculation information for each of them.
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Diseño de un Plan de Reducción de cantidad de piezas defectuosas generadas en el proceso de fabricación de cuplas en Tenaris Tubocaribe usando herramientas de seis sigma. Autor: Alex Visbal Chogó – Juan Orozco Mercado Tutor: Ing. Katherine Palacio Salgar
El presente proyecto tiene como objetivo principal el diseñar un plan de reducción de cantidad de piezas defectuosas generadas en el proceso de fabricación de cuplas en Tenaris Tubocaribe. Dicho plan se ejecutará mediante el uso de herramientas de la filosofía seis sigma. En la actualidad, la compañía Tenaris Tubocaribe presenta problemas de desviación de costos debido a pérdidas o desperdicios de materia prima, en su mayoría ocasionadas por la generación de cuplas con defectos o imperfecciones, por lo que estas herramientas ayudaron a encontrar las causas raíces de este inconveniente, para así proponer actividades que mitiguen la dificultad ya mencionada. Mediante la implementación de dichas actividades, se espera a futuro que la compañía pueda mejorar su productividad, generando menores costos por pérdidas de materia prima o reprocesos, haciendo que sea más competitiva. La metodología propuesta en este proyecto es el DMAIC, la cual se usará como herramienta soporte para la propuesta de mejora del problema. Al tomar esta herramienta como guía, se pudo definir y delimitar el problema, para luego medirlo mediante la recolección y análisis de datos, con el fin de identificar las actividades a mejorar en el proceso de producción. Finalmente, se propusieron también actividades para controlar la ejecución de las mejoras y que estas perduren en el tiempo, una vez sean implementadas.
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Design of a Plan to reduce the number of defective parts generated in the process of manufacturing cups in Tenaris Tubocaribe using six sigma tools. Author: Alex Visbal Chogó – Juan Orozco Mercado Tutor: Ing. Katherine Palacio Salgar
The main objective of this project is to design a plan to reduce the quantity of defective parts generated in the production process of couplings in Tenaris Tubocaribe. This plan will be executed using tools and techniques used under the six sigma philosophy. Currently, the company Tenaris Tubocaribe has high production costs mainly due to losses or waste of the raw material during the manufacturing process. The tools used in this project, help to analyze the root cause of the problem and to propose activities that mitigate the aforementioned difficulty. By implementing the proposed activities, we expect that in the future the company can improve its productivity, lower its production costs for raw material losses and reworks, and be more competitive. The methodology proposed in this project is the DMAIC, which is used as a support tool to propose a solution to the problem. By using the DMAIC, the problem is defined and delimited, and then measured by collecting and analyzing data, in order to identify strategies of improvement that can be applied to the production process. Finally, the project proposes activities to control the execution of the improvements that can be sustainable once they are implemented.
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Diagnóstico y plan de actividades propuesto para reducir las pérdidas comerciales de agua no contabilizada en la empresa OPSA S.A. E.S.P Autor: Alessandra Franco Carrillo Tutor: Carlos Pacheco,PhD
Las pérdidas comerciales de agua están catalogadas como los volúmenes de agua no facturados como consecuencia de los errores en el parque de medidores, la deficiente gestión comercial y administrativa y los registros de consumos no autorizados. Planeta Rica registra un porcentaje de pérdidas comerciales de agua del 36,8% del volumen total de agua distribuida en el municipio. El objetivo principal del plan metodológico aquí planteado busca ofrecer a la empresa un valor adicional a su gestión comercial de reducción de pérdidas de agua potable, contribuyendo a la mejora y sostenibilidad de su operación, propendiendo por brindar una mejor calidad de vida a la población de Planeta Rica. Este proyecto de grado analiza los datos actuales de consumo y mediante el diagnóstico inicial, se genera una propuesta de acciones enfocadas en la disminución de pérdidas comerciales entre las que se destacan las inspecciones a clientes con consumo cero (características específicas: consumo promedio últimos 6 meses igual a cero, clientes con facturación al día y sin registro de pozos en el sistema). Entre las estrategias propuestas, se destaca el control a las conexiones ilegales. Acto seguido, se ejecutaron las actividades propuestas obteniendo el balance hídrico por medio de la metodología IWA, el análisis del proceso de facturación, y la propuesta de ejecución de actividades con la consecución de la disminución en las perdidas, propendiendo por la mejora de la calidad del servicio y la satisfacción de los usuarios de este. La reducción de pérdidas comerciales de agua está relacionada con el constante monitoreo y seguimiento a clientes que puedan contribuir con la submedición del parque de medidores. Esta propuesta busca contribuir con la optimización de la gestión empresarial de OPSA S.A E.S.P.
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Diagnosis and proposed activity plan to reduce commercial losses of water not accounted for the company OPSA S.A. E.S.P Author: Alessandra Franco Carrillo Tutor: Carlos Pacheco, PhD
Commercial water losses are classified as unbilled water volumes as a result of errors in the meter park, poor commercial and administrative management and unauthorized consumption records. Planeta Rica records a percentage of commercial water losses of 36.8% of the total volume of water distributed in the municipality. The main objective of the methodological plan proposed here seeks to offer the company an additional value to its commercial management of reducing drinking water losses, contributing to the improvement and sustainability of its operation, aiming to provide a better quality of life for the population from Planeta Rica. This degree project analyzes the current consumption data and through the initial diagnosis, a proposal of actions focused on the reduction of commercial losses is generated, among which inspections to customers with zero consumption stand out (specific characteristics: average consumption last 6 months equal to zero, customers with daily billing and no registration of wells in the system). Among the proposed strategies, control over illegal connections stands out. Then, the proposed activities were executed obtaining the water balance through the IWA methodology, the analysis of the billing process, and the proposed execution of activities with the achievement of the decrease in losses, resulting in the improvement of quality of the service and satisfaction of its users. The reduction of commercial water losses is related to the constant monitoring of the meter park. This proposal seeks to contribute to the optimization of the business management of OPSA S.A. E.S.P.
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Estrategia De Gobierno Y Gestion De TI Para La Contingencia En La Infraestructura Tecnologica De Las Unidades Administrativas Especiales – Caso De Estudio – U.A.E. Direccion De Impuestos Y Aduanas Nacionales Autor: LUIS MIGUEL PATERNINA MONTIEL Tutor: WILSON NIETO BERNAL
Abstract – En virtud de la característica de impredecible respecto a la ocurrencia de eventos disruptivos que tienen el impacto suficiente para afectar el normal desarrollo de los procesos críticos de una organización, se deben acoger buenas prácticas para aumentar la capacidad de la organización para afrontar dichos impactos, y reestablecer sus operaciones bajo condiciones previamente establecidas. Por tanto, las actividades contenidas en esos procedimientos deben estar orientadas a reducir el riesgo o incertidumbre respecto del cumplimiento de los objetivos corporativos de las organizaciones, orientando a los procesos críticos hacia la construcción coordinada de actividades de respuesta adecuadas y acordes con su naturaleza.
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Strategy Of Governance And It Management For Contingency In Technological Infrastructure Of Special Administrative Units – Case Study – Special Administrative Units National Taxes And Customs Direction Author: LUIS MIGUEL PATERNINA MONTIEL Tutor: WILSON NIETO BERNAL
Abstract – Due to the unpredictable characteristic of the occurrence of disruptive events that have sufficient impact to affect the normal development of an organization's critical processes, good practices must be accepted to increase the organization's ability to cope with such impacts, and reestablish its operations under previously established conditions. Therefore, the activities contained in these procedures should be aimed at reducing the risk or uncertainty regarding the fulfillment of the corporate objectives of the organizations, orienting the critical processes towards the coordinated construction of appropriate response activities and commensurate with their nature.
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