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DISEÑO DE UNA METODOLOGÍA DE CONTROL DE MODELOS DINÁMICOS DE INVENTARIOS MULTI-PRODUCTO, BASADA EN LA TEORÍA DE CONTROL PREDICTIVO, PARA REDUCCIÓN DE COSTO DE INVENTARIOS EN PROCESOS CON DINÁMICAS DE ABASTECIMIENTO VARIABLES Autor: Ingrid Nathalia Hernández Medina Tutor: Marco Sanjuan Mejía, PhD. Alcides Santander Mercado, PhD. El comportamiento variable del mercado ha generado un continuo crecimiento de las capacidades de almacenamiento y un ascenso en la complejidad de las cadenas de abastecimiento. Este comportamiento genera un efecto agregado de inercia a través del sistema, mediante el aumento en la variabilidad de la dinámica de los factores incidentes en los sistemas de inventarios tales como la demanda, el tiempo de abastecimiento, el comportamiento del mercado, entre otros. El comportamiento variable de estos factores mencionados genera grandes pérdidas económicas, las cuales son consideradas uno de los problemas de mayor impacto en los sistemas productivos. Con el fin de atenuar los cambios súbitos de estos factores y responder a las necesidades del mercado, los diferentes eslabones en la cadena de suministro se han apoyado en los sistemas de inventarios. No obstante, determinar la respuesta correcta del proceso entorno al tipo y nivel de productos almacenados ha generado la necesidad de establecer una política en los sistemas de inventarios como estrategia para aumentar el nivel de cumplimiento de servicio por parte de las empresas. Dichas políticas de inventarios han sido basadas a lo largo de la historia en modelos que ejercen monitoreo en el sistema, los cuales toman acción de manera anticipada cuando las cantidades de inventario se encuentran en el punto de reorden, sin ejercer control en el proceso. La variabilidad del mercado hace que los resultados obtenidos a partir de las metodologías mencionadas no brinden una herramienta robusta para el establecimiento de una política de inventarios para la cantidad y el periodo de pedido. Esta condición genera grandes costos por almacenamiento cuando se presenta exceso de inventario o costos asociados a faltantes y disminución en el nivel de servicio cuando se presenta déficit de inventario [1]. Esta investigación propone una metodología basada en modelos predictivos (MPC – DMC), que permite ejercer control en los inventarios de materia prima, producto en proceso y producto terminado de sistemas Job Shop o Flexible Flow Shop, con el objetivo de minimizar los costos y aumentar el nivel de servicio. Esta metodología se basa en la problemática desarrollada en el campo de la 8
automatización industrial para el control de un sistema de almacenamiento de fluido en estado continuo, donde el inventario es equivalente a la cantidad de fluido almacenado y la dinámica de este hace referencia a un balance de masa. Partiendo de esta analogía, la metodología que se propone es expuesta en la ilustración 1. En línea
. . . Δmn
c2 . . . ck
Ai,j . . .
. ..
λ2
λK
A
Concatenación
Δm2
Identificación del proceso
Δm1
Proceso en lazo abierto
λ1
A1,2
c1
Vector de demandas
Sintonía
Δm1 Δm2
PH
. . .
Controlador DMC
CH
Proceso
Fuera de línea
Δmn
An,k
c1 c2
.. .
ck
.. .
.. .
FptI
Fpt1
Fpt2
MR
Pronóstico Datos Históricos
Ilustración 1 Metodología de control de sistemas de inventarios.
El desempeño de la metodología propuesta fue comparado con los resultados obtenidos con la implementación de estrategias clásicas de control, estableciendo que uso de las mismas es dependiente de la naturaleza del proceso. Es decir, si el proceso es tolerante a respuestas oscilatorias en los niveles, se recomienda seleccionar una estrategia MPC sobre una PID, por el contrario, si el producto final requiere de una alta precisión en los inventarios, se recomienda una estrategia PID. No obstante, el desempeño de la estrategia de control DMC representa un costo inferior al obtenido con la estrategia PID, de manera independiente al tipo de sistema productivo. Estos resultados fueron obtenidos a partir de diseños de experimentos en sistemas tipo Job Shop y Flexible Flow Shop, frente a perturbaciones de demanda con diferente patrones y variación de lead time. Referencias •
[1] J. D. SCHWARTZ y D. E. RIVERA, «A control-relevant approach to demand modeling for supply chain management.» Computers & Chemical Engineering., vol. 70, pp. 78-90, 2014.
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[2] Marco Sanjuán. "Control Dinámico Matricial Fundamentación y estrategias de implementación. " Ingeniería y Desarrollo 3-4 (1998).
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DESIGN OF A METHODOLOGY OF DYNAMIC INVENTORY MODEL CONTROL, BASED ON THE THEORY OF PREDICTIVE CONTROL, FOR INVENTORY COST REDUCTION IN PROCESS WITH VARIABLE SUPPLY DYNAMICS Author: Ingrid Nathalia HernĂĄndez Medina Advisor: Marco Sanjuan MejĂa, PhD. Alcides Santander Mercado, PhD. The variable behavior of market has led to a continued growth in storage capacities and a rise in the complexity of supply chains. This behavior generates an aggregate effect of inertia through the system, increasing the variability of the dynamic factors involved in inventory systems such as demand, lead time, market behavior, among others. The variable behavior of these mentioned factors generates great economic losses, which are considered one of the problems of greater impact in productive systems. To mitigate sudden changes in these factors and respond to market needs, the different echelons in the supply chain have been supported on inventory systems. Nevertheless, finding the correct answer of the inventory level has generated the need to establish an inventory policy as a strategy to increase the service level of companies. Historically, these inventories policies are based in models that monitoring the system, which act in advance when the inventory amounts are at the reorder point, without exercising control in the process. The market variability makes that the results obtained from the mentioned methodologies do not provide a robust tool for establishing an inventory policy for the quantity and the period of order. This condition generates high storage costs when the inventory is excess or costs associated with shortages and decrease in the service level when there is an inventory deficit [1]. This research proposes a methodology based on predictive models (MPC - DMC), that allows to exercise control in the inventories of raw material, work in process and finished product in Job Shop or Flexible Flow Shop, with the aim of minimizing costs and increasing service level. This methodology is based on the problems developed in the field of industrial automation for the control of a fluid storage system in a continuous state, where the inventory is equivalent to the amount of fluid stored and the dynamics of this refers to a balance of mass. From this analogy, the proposed methodology is shown in Figure 1.
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On-line λ1
Δmn
. . . ck
Ai,j . . .
.. .
λ2
λK
A
Concatenation
c2
Dynamic Identification
. . .
Open Loop step testing
Δm1
Δm2
A1,2
c1
Demand vector
Tuning
Δm1 Δm2
PH
. . .
DMC Controller CH
Process
Off-line
Δmn
An,k
c1
c2 . . .
ck
.. .
.. .
FptI
Fpt1
Fpt2
Material Requirement
Forecasting Historical Data
Figure 2 Control methodology of inventory systems. The performance of the proposed methodology was compared with the results obtained with the implementation of classic strategies of control, establishing that their use is dependent on the nature of the process. That is, if the process is tolerant to oscillatory responses in the levels, it is recommended to select an MPC strategy over a PID. On the contrary, if the final product requires a high precision in the inventories, a PID strategy is recommended. However, the performance of the DMC control strategy represents a lower cost than that obtained with the PID strategy, independently of the type of production system. These results were obtained from designs of experiments in systems Job Shop and Flexible Flow Shop, before demand disturbances with different patterns and variation of lead time. References •
[1] J. D. SCHWARTZ y D. E. RIVERA, «A control-relevant approach to demand modeling for supply chain management.» Computers & Chemical Engineering., vol. 70, pp. 78-90, 2014.
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[2] Marco Sanjuán. "Control Dinámico Matricial Fundamentación y estrategias de implementación. " Ingeniería y Desarrollo 3-4 (1998).
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DESARROLLO DE UN MODELO PARA PREDECIR LA AUTODETONACION DE COMBUSTIBLES GASEOSOS CON NÚMERO DE METANO VARIABLE EN UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA ENCENDIDO POR CHISPA Autor: German Javier Amador Diaz Tutor: Lesme Corredor Martinez Co-Tutor: Daniel Olsen La producción de combustibles gaseosos provenientes del carbón, biomasa y desechos orgánicos han ganado importancia debido al incremento de los precios del gas natural, el deseo de depender cada vez menos de los combustibles de origen fósil y la necesidad mundial de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Colombia tiene aproximadamente 6700 millones de toneladas de carbón, la reserva más grande de Sur América. De igual manera, se estima que aproximadamente el 40% de la biomasa manejada en la cadena agrícola, se deja en el campo, y el 40% restante es dejado en los aserraderos industriales. La Biomasa producida en la industrial de la madera, del arroz y del café, es abundante debido a la gran actividad de estos sectores en Colombia (Velez et al., 2009). Por esta razón, la producción de combustibles gaseosos alternativos y su uso en motores de combustión interna para la generación de potencia es de gran relevancia y de interés nacional. Cuando los motores comerciales son alimentados con combustibles alternativos de bajo Número de Metano, aparece en la cámara de combustión del motor, la autodetonación del combustible. Si un motor de gas Cummins QSV91 es alimentado con un gas proveniente del proceso de gasificación de carbón el cual tiene un número de metano bajo, la auto-detonación se producirá causara daños en el motor. Si este combustible es utilizado de igual manera en un motor de gas producido por John Deere y The Detroit Diesel company, la auto-detonación igualmente aparecerá. Con el objetivo de reducir el Número de Metano Requerido por el motor, es necesario modificar las condiciones nominales de operación del mismo. Estas modificaciones involucran cambios en la eficiencia y potencia de salida del motor que deben ser estudiadas. Para el diseño de motores e incremento de la eficiencia de los mismos, el uso de modelos para predecir la autodetonación es de gran relevancia. Los actuales modelos de motores han sido calibrados para estudiar el desempeño de motores en condiciones normales de operación; sin embargo, cuando la autodetonación aparece, dichos modelos no predicen el fenómeno con precisión. Debido a que la auto-detonación es un fenómeno termo-químico, se requiere del uso de los mecanismos de reacción, los cuales son la principal fuente de falta de precisión de los modelos cero y multi-dimensionales. La relación entre el tiempo de 14
retraso de auto-detonación 𝜏, la auto-detonación del combustible, las implicaciones cinético-químicas y los parámetros de operación del motor son difíciles de estudiar experimentalmente. Es por ello que el uso de herramientas computacionales y las mediciones experimentales son requeridas para mejorar el entendimiento del fenómeno de auto-detonación de combustibles gaseosos alternativos. Basado en lo anterior, se desarrolló un modelo semi-empirico para determinar el ángulo de cigüeñal donde ocurre la auto-detonación (KOCA) en un CFR (Cooperative Fuel Research engine). El modelo está basado en el modelo Integral y datos experimentales que fueron tomados en un experimento factorial 23 con puntos axiales y centrales. Se utilizaron mezclas de Metano e Hidrogeno como combustibles en los experimentos. El máximo y el mínimo error del modelo en las predicciones realizadas fueron de 3.6 y 0.9 grados del cigüeñal respectivamente. Con el objetivo de estudiar la química de la auto-detonación y su relación con la resistencia de la auto-detonación de combustibles gaseosos alternativos, se midieron el número de metano de mezclas de CO/CO2/H2, utilizando un método análogo al método utilizado para determinar el Número de Octano de combustibles líquidos. Se desarrolló una correlación para determinar numéricamente el número de metano a partir de la composición del combustible utilizado. Dicha correlación puede ser utilizada para la medición del número de metano de combustibles con alta concentración de Dióxido de carbono, Monóxido de carbono e Hidrogeno. De igual manera, se determinaron correlaciones analíticas y experimentales entre el número de metano, KOCA, la velocidad de llama laminar y los parámetros de combustión. Por otra parte, se desarrolló un análisis para determinar la precisión de los mecanismos de reacción para predecir KOCA en un motor de combustión interna. Para lograr esto, se combinó el modulo motores de combustión interna de Chemkin Pro®, con el mecanismo de reacción Gri-Mech. 3.0. Se desarrollaron un conjunto de ecuaciones que permiten estimar la fracción de gases residuales, la temperatura de los gases residuales, la temperatura de la mezcla aire combustible en el ángulo de cierre de la válvula de admisión. Adicionalmente, se desarrolló una metodología para estimar parámetros de combustión a partir del diagrama indicador de un ciclo del motor. El coeficiente politropico, la duración de la combustión, el retraso del desarrollo de la combustión y el inicio y fin de la combustión, son determinados utilizando la metodología desarrollada. Los resultados revelaron que la precisión de los mecanismos de reacción disminuye a medida que disminuye la relación de compresión. Este resultado es consistente con las observaciones acerca de la falta de precisión de los mecanismos de reacción para predecir el tiempo de retraso de auto detonación a bajas temperatura.
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AUTO-IGNITION MODELING IN A SPARK IGNITION INTERNAL COMBUSTION ENGINE FUELED WITH GASEOUS FUELS WITH VARIABLE METHANE NUMBER Author: German Javier Amador Diaz Advisor: Ing. Lesme Corredor Martinez, Ph.D Co-Advisor: Daniel Olsen The production of alternative gaseous fuels from coal, biomass and different organic wastes has gained importance due to the increase of the natural gas price, to the desire of less dependency on fossil fuels, and to the priority of reducing greenhouse gasses emissions. Colombia has about 6700 million of tons of coal, the biggest reserve of South America. Also, it is estimated that in agri-chain around 40 % of biomass is left in the forest, and the remaining 40 % is left in the sawmill industry as chips, bark and sawdust. Residual biomass of sawdust, rice and coffee are abundant due to the extensive agricultural exploitation of rice and coffee (VĂŠlez, et al., 2009). For these reasons, the alternative fuels production and its use as fuel in Internal Combustion Engine (ICE) for power generation has great relevance and national interest. When commercial gas engines are fueled with alternative gaseous fuels with low Methane Number (MN), the undesired auto-ignition of the fuel appears. For example, if the Cummins QSV91 gas engine is fueled with gas from coal gasification, the auto-ignition of the fuel will cause damages to the engine. If this fuel is used for the John Deere and Detroit Diesel engines, auto-ignition will appear as well. To decrease the MN Required (MNR) of the engine, it is necessary to modify the nominal engine operating conditions. These modifications involve changes in the engine efficiency and output power that must be studied. For engine design and engine efficiency improvement, the use of accurate models for predicting fuel auto-ignition is relevant. ICE models have been calibrated for studying engine performance under normal combustion; however when abnormal combustion appears, the engine model does not work well. Because the auto-ignition is a thermo-chemical phenomenon, detailed chemical kinetics mechanisms must be used, which are the main source of the lack of accuracy of the zero and multi-dimensional models. The relationships between ignition delay time (Ď„), fuel auto-ignition, engine operating conditions and their kinetic implications are difficult to study experimentally. The use of computational tools and experimental measurements are required for improving the understanding of auto-ignition phenomenon of alternative gaseous fuels.
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Based on the foregoing, a semi-empirical model for determining Knock Occurrence Crank Angle (KOCA) in a Cooperative Fuel Research (CFR) engine was developed. The model is based on the Integral Model approach and experimental data collected in a factorial 23 with axial and central runs experiment. Mixtures of CH4/H2 were employed as fuel. The model was accurate enough to predict KOCA with a maximum and minimum error of just 3.6 and 0.9 degrees in crank angle respectively. To study the auto-ignition chemistry and its relationship with the knock resistance of gaseous fuels, the Methane Number of CO/CO2/H2 mixtures were measured through a method analogous to the standard method for Octane Number measurement. A correlation for estimating Methane Number as a function of fuel compositions was proposed. The proposed correlation is a good tool for estimating the Methane Number of fuels with high concentration of carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen. Relationship between Methane Number, KOCA, Laminar Flame Speed (SL) and combustion parameters were examined. A comprehensive evaluation of the accuracy of a detailed chemical kinetics mechanism for predicting KOCA in a CFR engine was carried out. The spark ignition engine model of Chemkin ProÂŽ software coupled with Gri-Mech. 3.0 chemical kinetics mechanism was used to model auto-ignition. A set of equations for calculating residual gas fraction (đ?‘Ľđ?‘&#x; ), inlet valve close gas temperature (đ?‘‡đ??źđ?‘‰đ??ś ) and residual gas temperature(đ?‘‡đ?‘&#x; ) were proposed. Moreover, a technique for estimating combustion parameters from the indicator diagram was developed. Polytropic coefficients, Combustion Duration (CD), Ignition Delay (ID) and Start of Combustion (SOC) are estimated by using this methodology. Results reveal that accuracy of the mechanism used for estimating KOCA decreases as compression ratio decreases. This result is consistent with the lack of accuracy of the mechanism for predicting ignition delay time of gaseous fuel at low temperature.
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RECUPERACIÓN DEL ACEITE DE PALMISTE CONTENIDO EN LA TORTA DE PALMISTE RESIDUAL MEDIANTE LA EXTRACCIÓN CON AGUA SUBCRÍTICA Autor: Johnnys Alberto Bustillo Maury Tutor: Ing. Antonio José Bula Silvera, Ph.D.
INTRODUCCIÓN, PROBLEMÁTICA Y JUSTIFICACIÓN El sector agroindustrial ha enfrentado en los últimos años diversos inconvenientes (cambio climático, baja tasa de procesamiento, entre otros.) que han impactado en el rendimiento productivo del sector, generando afectaciones directas en la competitividad frente a mercados internacionales. Esta situación no ha sido ajena a las empresas extractoras de aceite de palma, las cuales brindan al mercado productos de consumo masivo, que hacen parte de la canasta familiar siendo de vital importancia para la sociedad y la economía del país. A nivel mundial Colombia ocupa el 5to puesto en la producción de torta de palmiste y a nivel América es el principal productor de este producto con una producción de 148.000 toneladas/año. Este producto se ofrece en Colombia a un precio promedio de $148.021/tonelada, mientras que el aceite de palmiste está valorado hoy en promedio a unos $3.043.673/tonelada. El contenido de aceite de palmiste que aún está presente en la torta de palmiste, que actualmente se produce en el país, está entre un 7-8% p/p. Esta notable diferencia entre los precios de la torta de palmiste y del aceite de palmiste, genera la necesidad de implementar nuevos métodos extractivos que permitan recuperar productos valiosos que generen un impacto económico positivo a la agroindustria en Colombia. Actualmente se ha explorado la modificación de las propiedades del agua como solvente no polar cuando ésta alcanza condiciones subcríticas (presiones menores a 221 atm y temperaturas entre los 100°C y 374°C). Esto hace que se abra la oportunidad de desarrollar procesos de extracción de aceite de palmiste usando agua en estas condiciones como solvente, evitando de esta manera el uso de compuestos orgánicos nocivos. Por lo tanto, esta investigación tuvo como objetivo la recuperación del aceite de palmiste a partir de la torta de palmiste resultante del proceso de extracción por prensado, mediante la aplicación de técnicas de procesamiento con Agua Subcrítica. 20
RESULTADOS Para las extracciones, inicialmente se realizó una exploración de los parámetros del proceso con el fin de establecer una región probable de experimentación. Luego se utilizó un diseño factorial completo para identificar los parámetros de proceso significativos y después se realizó la metodología de superficie de respuesta (MSR) para optimizar estos parámetros. Se manejó un diseño factorial completo para la extracción de aceite de palmiste con 4 factores con dos niveles. Para el MSR, se optó por la utilización de un diseño central compuesto (DCC). La torta de palmiste fue tratada con agua subcrítica entre 120-220°C, el tiempo de reacción fue entre 5-85 minutos y el uso/no uso de catalizador básico. El mayor rendimiento de recuperación de aceite de palmiste fue de 0.034 g-Aceite/g-Torta, obtenida a 150°C, tiempo de reacción de 12 minutos, tamaños de partículas malla N° 60 y sin el uso de catalizador. El rendimiento de las extracciones fue afectado por la temperatura y por los tamaños de partícula. CONCLUSIONES Se logró la recuperación, hasta de un 46%, del aceite de palmiste presente en la torta de palmiste residual. Se evidenció que el aceite extraído sin catalizador presentó un 6% más de ácido láurico, lo cual incrementa su atractivo para mercados como la industria cosmética. Se consiguió trabajar a 150 °C y 10 bares, condiciones relativamente bajas en comparación con los reportes hallados en la literatura, en donde trabajan a temperaturas por encima de los 200°C y presiones superiores a los 20 bares. A menor contenido graso se disminuye el riesgo de que la torta de palmiste sufra enranciamiento, lo que le permite permanecer más tiempo en almacenamiento
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OIL RECOVERY FROM PALM KERNEL MEAL USING SUBCRITICAL WATER EXTRACTION IN A STIRRED TANK REACTOR Author: Johnnys Alberto Bustillo Maury Advisor: Ing. Antonio Jose Bula Silvera, Ph.D.
INTRODUCTION, PROBLEMATIC AND JUSTIFICATION Recently sustainability improvement over agroindustrial sectors has become one of the main objectives for national development. In addition, climatic phenomena have severely impacted agricultural production in our country, creating a competitivity breach that needs to be assessed. Palm kernel oil processing industry hasn't been away from that reality, because of that improving oil recovery in a sustainable manner becomes a necessity for this sector; opening opportunities to alternative processes such as subcritical water extraction. Worldwide, Colombia its ranked as the fifth largest palm kernel meal producer; its 148.000MT in 2016 placed our country as the first American maker for this feedstock. Commercial value of this material its rated approximately at COP$148,021/ton, which is lower than other competitors such as rice bran or soybean meal. However, pressed palm kernel meal still has an oil content between 7 to 8% (Wt. Basis), this vegetable oil has a market value around COP$3,043,673/ton. This remarkable difference between the prices of palm kernel meal and palm kernel oil opens the possibility to implement new extractive methods that allow the recovery of valuable products which generates a positive economic impact on Colombian agroindustrial sectors. Subcritical water refers to a region where fluid temperature varies between 373K and 547K in a liquid state. At those conditions some properties like polar moment shift making water more similar to conventional organic solvents, making it suitable for lipid extraction and hydrolysis; opening a sustainable process to decrease hazardous organic solvent consumption. The objective of this work is to propose a sustainable crude palm oil extraction process using subcritical water on locally produced Palm Kernel Meal that improves the efficiency of the sector without compromising meal quality and market value. RESULTS
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Initially an exploration of the process parameters was performed in order to establish a probable experimentation region. After the experimental region exploration, a 24 screening design was applied, varying particle size (Greater and Smaller than Mesh 19), solid mass load (12 or 20g), operational temperature (418 or 428K) and reaction time (8 or 12min), with no addition of catalyst. According to screening results, a central composite experimental design was applied in order to determine that is the optimal operational region to perform the extraction process. The Palm Kernel Meal was treated with subcritical water between 120-220°C, the reactor time was between 5-85 minutes and the with/without of basic catalyst. The highest recovery performance of palm kernel oil was 0.034 g-Oil/g-Meal, obtained at 150°C, reaction time of 12 minutes, particle sizes of mesh No. 60 and without the use of catalyst. The yield of the extractions was affected by temperature and particle sizes. CONCLUSIONS Subcritical water extraction can become a viable option to efficiently recover oil from Palm Kernel Meal without compromising meal quality, a maximum recovery of 0.034g-oil/g-meal was obtained at 423K in a 12 minute batch and using particles with a size below 1mm. In addition, using KOH as catalyst made no improvement on extraction yield but had an effect on fatty acid profile. Also residual meal had a remaining oil content averaged as 3.5% which makes it still suited for animal feed industry.
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MODELACIÓN ECONOMÉTRICA PARA ANALIZAR LA INFLUENCIA DE LAS PERCEPCIONES DE SEGURIDAD EN EL COMPORTAMIENTO DE VIAJEROS Autor: Luis Gabriel Márquez Díaz Tutor: Ing. Víctor Manuel Cantillo Maza, Ph.D
El objetivo de esta investigación es estudiar la influencia que las percepciones de seguridad tienen sobre el comportamiento de los viajeros en una amplia gama de contextos de elección e investigar cuestiones que no han sido suficientemente abordadas por la literatura de transporte, como la influencia de atributos tangibles en las percepciones y la influencia de la complejidad de los indicadores en las estimaciones del modelo. Utilizando tres bases de datos existentes, se estudia la influencia de la percepción de riesgo en el comportamiento de los conductores, la influencia de las percepciones de seguridad y comodidad sobre las preferencias de los individuos por el transporte fluvial de pasajeros y la influencia de estas variables latentes en la competencia entre BRT y mototaxis. Se diseñaron dos encuestas ad-hoc, la primera para estudiar la influencia de las percepciones de seguridad y algunas actitudes individuales hacia el ciclismo, sobre la intención de utilizar la integración del servicio de transporte público y la bicicleta. La segunda encuesta estudia las percepciones de seguridad y comodidad de usar buses alimentadores convencionales y motocarros, como parte de un sistema de BRT. Se demostró que los atributos tangibles tienen un efecto significativo tanto en la utilidad como en la percepción de seguridad de los individuos, lo que permite evaluar políticas relacionadas con las variables latentes y estudiar cómo una determinada política modifica la percepción de seguridad. También se probó que el número de indicadores por variable latente, el tipo de escala y la granularidad en la que se miden los indicadores, afectan la varianza de error del componente de medición. Se mostró que el uso de escalas de Likert de número impar contribuye a una menor varianza de error del modelo de medición.
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ECONOMETRIC MODELING FOR THE ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF SAFETY PERCEPTIONS ON TRAVELERS’ BEHAVIOR Author: Luis Gabriel Márquez Díaz Advisor: Ing. Víctor Manuel Cantillo Maza, Ph.D
The objective of this research is to study the influence that safety perceptions have on travelers’ behavior in a broad array of choice contexts and investigate issues that have not been sufficiently addressed by the transportation literature, such as the influence of tangible attributes on perceptions and the influence of indicators’ complexity on the model estimates. Using three existing databases, we study the influence of risk perception on drivers' behavior, the influence of safety and comfort perceptions on individuals’ preferences for inland waterway passenger transportation, and the influence of these latent variables in the competition between BRT and motorcycle taxis. We design two ad-hoc surveys, the first one to study the influence of safety perceptions and some individual attitudes toward cycling, on the intention to use the public transportation integration on a bike and ride strategy. The second survey study safety and comfort perceptions of riding conventional feeder buses and auto-rickshaws as part of a BRT system. We demonstrate that tangible attributes have a significant effect on both the utility and the safety perception of individuals, which allows for the evaluation of policies related to latent variables and studying how a certain policy modifies safety perception. We also prove that the number of indicators per latent variable, the type of the scale and the granularity in which indicators are measured do affect the error variance of the measurement component. We show that the use of oddnumbered Likert scales contributes to a lower error variance of the measurement component.
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IDENTIFICACIÓN DE LA INFLUENCIA DE LAS VARIACIONES CONVECTIVAS EN LA GENERACIÓN DE CARGAS TRANSITORIAS Y SU EFECTO HIDROMECÁNICO EN LAS ESTRUCTURAS OFFSHORE Autor: Juan Gabriel Rueda Bayona Tutor: Ing. German Daniel Rivillas Ospina, Ph.D.
La investigación identifica y explica el origen de cargas hidrodinámicas transitorias que afectan a las estructuras offshore. Se aporta conocimiento en oceanografía para comprender los procesos físicos que generan las cargas del área estudio, y en dinámica estructural para analizar los efectos de las cargas transitorias. Mediante modelación física, numérica y mediciones en campo se estudió la hidromecánica de una turbina de viento fija y una flotante. Adicionalmente, se proponen métodos de modelamiento (numéricos, estadísticos y heurísticos) de parámetros océano atmosféricos, y recomendaciones de diseño de estructuras offshore. Por último, esta investigación incentiva el desarrollo de la ingeniería Offshore en Colombia para el aprovechamiento de energía y recursos costa afuera.
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IDENTIFICATION OF THE INFLUENCE OF THE CONVECTIVE VARIATIONS IN THE GENERATION OF TRANSITORY LOADS AND THEIR HYDROMECANIC EFFECT IN THE OFFSHORE STRUCTURES Author: Juan Gabriel Rueda Bayona Advisor: Ing. German Daniel Rivillas Ospina, Ph.D.
The research identifies and explains the origin of transient hydrodynamic loads that affect offshore structures. Knowledge is provided in oceanography to understand the physical processes that generate the loads of the study area, and in structural dynamics to analyze the effects of transient loads. Through physical, numerical modeling and field measurements the hydromechanics of a fixed wind turbine and a floating turbine were studied. Additionally, modeling methods (numerical, statistical and heuristic) of atmospheric ocean parameters, and design recommendations of offshore structures are proposed. Finally, this research encourages the development of offshore engineering in Colombia for the use of energy and offshore resources.
Cite as: Rueda-Bayona J.G, 2017. Identification of the influence of convective variations in the generation of transient loads and their hydromechanical effect over the offshore structures. Doctoral thesis. Civil Engineering department. Universidad del Norte, Colombia.
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METODOLOGÍA PARA LA ESTIMACIÓN DE COEFICIENTE DE DISPERSIÓN LONGITUDINAL EN EL RÍO MAGDALENA A PARTIR DE ADCP Autor: Daniela Duarte Flórez Tutor: Ing. Augusto Sisa Camargo, Msc.
En la modelación computacional de las condiciones de calidad del agua en sistemas hídricos como ríos o arroyos suele utilizarse la ecuación de adveccióndispersión-reacción, la cual requiere parámetros como velocidad, coeficiente de dispersión y tasas de decaimiento o producción. Por lo anterior, el problema que se aborda en esta investigación es la estimación del coeficiente de dispersión longitudinal mediante una metodología alternativa, el método de Fischer, el cual consiste en la estimación del coeficiente (E) con base a una caracterización hidrodinámica detallada adquirida mediante mediciones de un perfilador de corriente acústico Doppler (ADCP) aplicada sobre cuatro estaciones limnimétricas del IDEAM en el río Magdalena. Se propone el Método de Fischer y se comparan los resultados con metodologías como ensayos de trazadores que por sus complejidad y alto costo suelen ser aplicados de manera muy limitada en la cuenca baja del río Magdalena y con cinco ecuaciones empíricas de diferentes autores, encontrando gran variabilidad en los resultados. El método de Fischer es una alternativa promisoria para el río Magdalena, para estimar el coeficiente de dispersión longitudinal (E) de manera sencilla y confiable, debido a que los resultados obtenidos presentaron óptima correspondencia en orden de magnitud con estimaciones realizadas en ríos con similares características al río Magdalena.
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METHODOLOGY FOR THE ESTIMATION OF LONGITUDINAL DISPERSION COEFFICIENT IN THE MAGDALENA RIVER FROM ADCP Author: Daniela Duarte Flรณrez Advisor: Ing. Augusto Sisa Camargo, Msc.
In the computational modeling of water quality conditions in water systems such as rivers or streams, the advection-dispersion-reaction equation is used, which requires parameters such as velocity, dispersion coefficient and decay or production rates. Therefore, the problem that is addressed in this research is the estimation of the coefficient of longitudinal dispersion by means of an alternative methodology, the Fischer method, which consists of the estimation of the coefficient (E) based on a detailed hydrodynamic characterization acquired through measurements of a Acoustic Doppler current profiler (ADCP) applied on four limnimetric stations of the IDEAM in the Magdalena River. The Fischer Method is proposed and the results are compared with methodologies such as tracer tests that due to their complexity and high cost are usually applied in a very limited way in the lower basin of the Magdalena River and with five empirical equations from different authors, finding great variability In the results. The Fischer method is a promising alternative for the Magdalena river, to estimate the coefficient of longitudinal dispersion (E) in a simple and reliable way, because the obtained results presented an excellent correspondence in order of magnitude with estimates made in rivers with similar characteristics To the Magdalena River.
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GESTIÓN INTELIGENTE DE COMPORTAMIENTOS JERÁRQUICOS USANDO UN ROBOT NAO COMO TUTOR VOCACIONAL. Autor: Selene Sol Goenaga Silvera. Tutor: Ing. Christian G. Quintero M, Ph.D.
Esta investigación tiene como objetivo desarrollar un sistema inteligente en la plataforma robótica NAO que permita el manejo inteligente de diferentes comportamientos durante una sesión de orientación vocacional. Por lo tanto, se clasificaron y categorizaron veinte (20) comportamientos dentro de cinco (5) perfiles de personalidad. Estos comportamientos (por ejemplo, movimientos o posturas corporales del robot) son diseñados basados en una teoría de rasgos de personalidad llamada "Modelo de Cinco Factores". Los comportamientos seleccionados serán manejados en el escenario particular de una sesión de orientación vocacional, específicamente durante el desarrollo de una entrevista. Este tipo de tutoría se utiliza para ayudar a la persona en la elección de una ocupación o profesión. En este contexto, el robot realizará un conjunto de preguntas predefinidas de acuerdo con un modelo teórico llamado "Modelo de Orientación" sobre las preferencias vocacionales de la persona. Por lo tanto, NAO puede reaccionar tan convenientemente como sea posible durante la entrevista de acuerdo a la puntuación de la respuesta dada por la persona a la pregunta planteada y su tipo de personalidad. Además, a partir de las respuestas a estas preguntas, se establece un perfil vocacional y el robot puede emitir una recomendación sobre la vocación de la persona. Los resultados obtenidos muestran cómo la selección inteligente de comportamientos puede lograrse con éxito mediante el enfoque propuesto, haciendo más amigable la interacción entre un ser humano y un robot.
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INTELLIGENT MANAGEMENT OF HIERARCHICAL BEHAVIORS USING A NAO ROBOT AS A VOCATIONAL TUTOR. Author: Selene Sol Goenaga Silvera. Advisor: Ing. Christian G. Quintero M, Ph.D.
This research aims at developing an intelligent system on the NAO platform that allows the intelligent management of different behaviors during a vocational guidance session. Therefore, twenty (20) behaviors were classified and categorized within five (5) personality profiles. Common behaviors (e.g., movements or body postures) used by the robot (who assumes the role of vocational tutor) during vocational guidance sessions will be based on a theory of personality traits called the "Five Factor Model". In this context, a predefined set of questions will be asked by the robot according to a theoretical model called "Orientation Model" about the person's vocational preferences. Therefore, NAO can react as conveniently as possible during the interview according to the score of the answer given by the person to the question posed and its personality type. Additionally, based on the answers to these questions, it is established a vocational profile and the robot can to emit a recommendation about person vocation. The results obtained show how the intelligent selection of behaviors can be successfully achieved through the proposed approach, making the interaction between a human and a robot friendlier.
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA INTERFAZ CEREBRO COMPUTADORA PARA EL CONTROL DE UNA SILLA DE RUEDAS COMO AYUDA A PERSONAS CON DISCAPACIDAD MOTRIZ Autor: Cristian Yarisse Olivares Carrillo Tutor: Ing. Jaime Fernando Delgado Saa, Ph.D.
Una interfaz cerebro-computadora (BCI -por sus siglas en ingles) es un sistema que pretende establecer un camino de comunicación no muscular entre un ser humano y una computadora, permitiendo conexión directa entre el cerebro y el mundo externo. En los últimos años este campo ha sido explotado, desde la industria del videojuego hasta la medicina, particularmente en el campo de la rehabilitación. El desarrollo presentado en este trabajo está fundamentado en el estado del arte de sistemas BCI, agregando mejoras basadas en observaciones de características particulares de señales EEG. El desarrollo llevó un orden establecido para cumplir objetivos específicos, asegurando el cumplimiento del objetivo general. Se comprobó el desempeño del sistema mediante métodos estadísticos como validación cruzada, análisis cualitativo y cuantitativo de las respuestas del sistema, con base en las instrucciones dadas al sujeto durante sesiones de grabación de señales cerebrales. Esta tesis es relevante para el ámbito local e internacional debido a que los tiempos de respuesta de los sistemas actuales son de hasta 20 segundos. Además, actualmente se diagnostican en promedio 384 casos nuevos de esclerosis lateral amiotrófica (ALS) por día, en todo el mundo. Por ende, el campo de BCI puede ser una solución muy importante si se pone en manos de personas dedicadas a la investigación para futuros avances. En la presente investigación se logró desarrollar un prototipo funcional para el control de una silla de ruedas usando señales de EEG mediante la extracción de potenciales visuales evocados de estado estacionario (SSVEP), obteniendo tiempos de respuesta menores a los observados en BCIs convencionales, lo que significa una mejora considerable para sistemas BCI prácticos.
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DESIGN AND CONSTRUCTION OF A BRAIN COMPUTER INTERFACE FOR THE CONTROL OF A WHEELCHAIR AS A HELP TO PEOPLE WITH MOTOR DISABILITIES. Author: Cristian Yarisse Olivares Carrillo Advisor: Ing. Jaime Fernando Delgado Saa, Ph.D.
A brain computer interface (BCI) is a system that allow a non-muscular communication between a human being and a computer, allowing direct connection between the brain and the external world. In recent years this field has been exploited, from the video game industry to medicine, particularly in the field of rehabilitation. This work is based on the state of the art BCI systems, adding improvements based on observations of EEG signal characteristics. The performance of the system was checked using statistical methods such as cross validation, qualitative and quantitative analysis of system responses, based on instructions given to the subject during brain signal recording sessions. This thesis is relevant for the local and international scope because the response times of the current systems are up to 20 seconds. In addition, an average of 384 new cases of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) per day are diagnosed worldwide. Therefore, BCI field can be a very important solution if put in the hands of people dedicated to research for future advances. In the present investigation, a functional prototype was obtained for the control of a wheelchair using EEG signals trough the extraction of visual evoked potentials of the steady state (SSVEP), obtaining times of response lower than those observed in the conventional BCI. It means a considerable improvement for practical BCI systems.
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ALGORITMO DEL CICLO DEL AGUA: IMPLEMENTACIÓN Y ANALISIS EN LA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA TSP BIOBJETIVO Autor: Jairo Geovanny Pimentel Ariza Tutor: Ing. Daladier Jabba Molinares, Ph. D – Ing. Carlos Julio Ardila Hernandez, M. Sc. El algoritmo del ciclo del agua fue diseñado por A. Sadollah, H. Eskandar, A. Bahreininejad y J. H. Kim inicialmente para resolver problemas ZDT y problemas de naturaleza continua. Esta investigación es una implementación del algoritmo del ciclo del agua para el problema de Traveling Salesman bi-objetivo, en el problema kroAB100 obtenido de la librería TSPLIB, al cual se le realiza un análisis de los resultados obtenidos comparado con otro algoritmo metaheurístico (MOAQ), para determinar si las soluciones obtenidas por el algoritmo del ciclo del agua se podrían considerar buenas. Para comparar los resultados obtenidos se utilizaron las métricas de Distancia Generacional, Distancia Generacional Inversa, Espaciamiento, Dispersión y Dispersión Máxima. El algoritmo del ciclo del agua tuvo mejor resultado en las métricas distancia generacional, distancia generacional inversa y dispersión en comparación con MOAQ, mientras que este último tiene mejor espaciamiento y dispersión máxima para el problema kroAB100.
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WATER CYCLE ALGORITHM: IMPLEMENTATION AND ANALYSIS IN THE SOLUTION OF THE TSP BIOBJECTIVE Author: Jairo Geovanny Pimentel Ariza Advisor: Ing. Daladier Jabba Molinares, Ph. D – Ing. Carlos Julio Ardila Hernandez, M. Sc. The water cycle algorithm was created by A. Sadollah, H. Eskandar, A. Bahreininejad y J. H. Kim, initially to solve ZDT problems and problems of continuous nature. This research is an implementation of the water cycle algorithm for Traveling Salesman Problem bi-objective, using the kroAB100 problem obtained from the TSLPLIB library, to which an analysis of the results obtained is performed compared to another metaheuristic algorithm (MOAQ), to determine if the solutions obtained by water cycle algorithm could be considered good. In order to compare the obtained results, we used the metrics Generational Distance, Inverse Generational Distance, Spacing, Dispersion and Maximum Dispersion. The water cycle algorithm had a better result in metrics generational distance, inverse generational distance and dispersion compared to MOAQ, while the latter has better spacing and maximum dispersion for the kroAB100 problem.
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