Proyectos Posgrados 2019-10

Proyectos

Posgrados 2019 Graduate Projects 2019-10

Primer semestre Académico - División de Ingenierías First Academic Semester - College of Engineering

Vigilada Mineducación

CUERPO DIRECTIVO

BOARD OF DIRECTORS Javier Páez Saavedra Decano / Dean Amparo Camacho Díaz Directora Académica / Academic Director Julián Arellana Ochoa Director de Postgrados e Investigaciones / Research and Graduate Programs Director Directores de Departamento / Chairs Luis Fuentes Pumarejo Ingeniería Civil y Ambiental / Civil and Environmental Engineering Elías David Niño Ruiz Ingeniería de Sistemas / Systems Engineering Mauricio Pardo González Ingeniería Eléctrica y Electrónica / Electrical and Electronics Engineering Lina Prada Angarita Ingeniería Industrial / Industrial Engineering Habib Zambrano Ingeniería Mecánica / Mechanical Engineering Coordinadores de Postgrado / Graduate Coordinators Albert Ortiz Laspriella Ingeniería Civil y Ambiental / Civil and Environmental Engineering Miguel Ángel Jimeno Paba Ingeniería de Sistemas / Systems Engineering Juan Carlos Vélez Díaz Ingeniería Eléctrica y Electrónica / Electrical and Electronics Engineering Guisselle García Llinás Ingeniería Industrial / Industrial Engineering Mauricio Carmona García Ingeniería Mecánica / Mechanical Engineering

Reservados todos los derechos © Universidad del Norte Apartado Aéreo 1569 http://www.uninorte.edu.co Barranquilla (Colombia) Copyright © Universidad del Norte Apartado Aereo 1569 http://www.uninorte.edu.co Barranquilla (Colombia)

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ÍNDICE INDEX Presentación........................................................................................................................................................... 04 Preface.....................................................................................................................................................................05 Maestría en Ingeniería Industrial…………............................................................................................................ ...06 Master in Industrial Engineering...............................................................................................................................07 Doctorado en Ingeniería Mecánica…….……………......................................................................................………14 Ph.D in Mechanical Engineering……….………………......................................................................................…… 15 Maestría en Ingeniería Mecánica…………...............................................................................................................19 Master in Mechanical Engineering........................................................................................................................... 20 Maestría en Ingeniería Civil.......................................................................................................................................24 Master in Civil Engineering.......................................................................................................................................25 Maestría en Ingeniería Electrónica...........................................................................................................................35 Master in Electrical Engineering..............................................................................................................................

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PRESENTACIÓN Tengo el placer de presentar los proyectos de Postgrados de la División de Ingenierías que fueron realizados en el Primer semestre académico de 2019. La División de Ingenierías es una de las más robustas de la Universidad del Norte: cuenta con 6 programas de pregrados, 9 maestrías, y 5 doctorados. Además, un amplio portafolio de especializaciones que son ofrecidas desde la Dirección de Especializaciones de la Universidad.

Desde 2010 los seis programas de Ingenierías: Civil, de Sistemas y Computación, Eléctrica, Electrónica, Industrial y Mecánica fueron acreditados por EAC (Engineering Accreditation Commission) de la agencia ABET Inc. (Accreditation Board for Engineering and Technology), de Estados Unidos. De esta forma, Uninorte se convirtió en la primera universidad en Colombia en obtener esta certificación y una de las cuatro en Latinoamérica. En el 2016, los seis programas de pregrado en Ingenierías fueron acreditados por segunda vez.

Los programas de posgrado se encuentran en proceso de acreditación de alta calidad y actualmente los programas de Maestrías en Ingeniería Industrial, Civil, Mecánica y Sistemas y computación han sido acreditadas por parte del Consejo Nacional de Acreditación.

Los departamentos de la División de Ingeniería agrupan a 74 doctores y 30 magísteres los cuales han guiado, apoyado y estimulado el trabajo de los estudiantes. En cuanto a sus grupos de investigación, son 11, de los cuales 6 se encuentran en categoría A1, máxima distinción de Colciencias para reconocer la calidad y pertinencia investigativa de la investigación en Colombia y 5 en categoría A. La investigación que desarrollan estos grupos se destaca por la innovación y la vinculación a la industria, mediante proyectos universidad & empresa, y por su pertinencia en el entorno desde el Instituto de Estudios Hidráulicos y Ambientales –IDEHA-, el Instituto de Desarrollo Sostenible y el Centro de Excelencia en Puertos, Transportes y Logística y el Observatorio del Rio Magdalena.

Cordialmente Javier A. Páez Saavedra Decano División de Ingenierías Universidad del Norte

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PREFACE I am pleased to present the Graduate projects of the Engineering Division that were made in the first academic semester of 2019. The Engineering Division is one of the most robust of the Universidad del Norte: it has 6 undergraduate programs, 9 master's degrees, and 5 doctorates. In addition, a broad portfolio of specializations that are offered from the Specialization Department of the University.

Since 2010 the six Engineering programs: Civil, Systems and Computing, Electrical, Electronics, Industrial and Mechanical were accredited by EAC (Engineering Accreditation Commission) of the agency ABET Inc. (Accreditation Board for Engineering and Technology), of the United States. In this way, Uninorte became the first university in Colombia to obtain this certification and one of the four in Latin America. In 2016, the six undergraduate programs in Engineering were accredited for the second time.

The graduate programs are in the process of accreditation of high quality and currently the Master's programs in Industrial, Civil Engineering, Mechanics and Systems and Computing have been accredited by the National Accreditation Council.

The departments of the Engineering Division bring together 74 doctors and 30 Masters who have guided, supported and stimulated the work of the students. As for its research groups, there are 11, of which 6 are in category A1, the highest distinction of Colciencias to recognize the quality and research relevance of research in Colombia and 5 in category A. The research carried out by these groups is It stands out for its innovation and its links to industry, through university & business projects, and for its relevance in the environment from the Institute of Hydraulic and Environmental Studies -IDEHA-, the Institute of Sustainable Development and the Center of Excellence in Ports, Transport and Logistics and the Magdalena River Observatory.

Cordially Javier A. Pรกez Saavedra Dean College of Engineering Universidad del Norte

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MaestrĂ­a en

IngenierĂ­a Industrial 6

Maestría en

Ingeniería Industrial Master in Industrial Engineering

Solución del DNDP implementando secuencialmente la solución del System Optimal en el User Equilibrium

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Implementing the dndp solution secuentially the optimal system solution in the user equilibrium

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Estrategia de flexibilidad híbrida en la programación de personal: caso aplicado a la industria del retail

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Strategy of hybrid flexibility in personnel programming: case applied to the retail industry

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Solución del DNDP implementando secuencialmente la solución del System Optimal en el User Equilibrium Autor: Rubén Darío Rodríguez Sierra Tutor: Guisselle Adriana García Llinás

En el presente proyecto se diseñó un sistema para soportar las decisiones en el Discrete Network Design Problem (DNDP) que resuelve de forma secuencial modelos de programación matemática, en vez del modelo bi-nivel que se usa tradicionalmente. Este sistema tiene la finalidad de jerarquizar proyectos de infraestructura en una red de transporte urbano usando el criterio de costo mínimo.

Para lo anterior, se evaluó la selección de estrategias de mejoras para vías de transporte urbano con el modelo de elección de rutas con el System Optimal (SO).

Luego, se llevó a cabo la definición de mecanismos para que las elecciones de rutas de los usuarios se muevan de su solución óptima (UE) hacia la global (SO), con la implementación del modelo UE Modified (UEM). Este sistema es definido como el Decision Support System para el Discrete Network Design Problem (DSS-DNDP), útil para determinar los proyectos de inversión en redes con dimensión urbana y las asignaciones de rutas óptimas, para la minimización del costo.

La metodología y la herramienta presentadas en esta investigación representan un avance en el estudio de influenciar las decisiones a los usuarios de la red de que ellos escojan la solución del SO. Con el fin de reducir la brecha existente entre lo que deciden los usuarios al escoger su camino que minimice su tiempo de viaje y optimizar el rendimiento de la red hacia la solución del óptimo global, al ejecutar los proyectos de inversión bajo la asignación SO y desarrollar políticas públicas de realizar cambios de velocidades permitidas dentro unos límites razonables. Otro aporte valioso de esta investigación es la construcción de un modelo matemático modificado del UE (UEM) que maneja como variable el tiempo de flujo libre y asigna los flujos de los arcos que permitan llegar a la solución del óptimo global (SO).

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Implementing the DNDP solution secuentially the Optimal System Solution in the User Equilibrium Author: Rubén Darío Rodríguez Sierra Tutor: Guisselle Adriana García Llinás

In our project, a system was designed to support decisions in the Discrete Network Design Problem (DNDP) which sequentially solves mathematical programming models, instead of the bi-level model which is traditionally used. This system has the purpose of prioritizing infrastructure projects in an urban transport network using the minimum cost criterion. For this, the selection of improvement strategies for urban transport routes was evaluated with the System Optimal (SO) model route selection. Then, the definition of mechanisms was carried out so that user choices routes move from their optimal solution (UE) to the global (SO), with the implementation of the UE Modified (UEM) model. This system is defined as the Decision Support System for the Discrete Network Design Problem (DSS-DNDP), useful to determine the investment projects in networks with urban dimension and the optimal flows assignment, for the minimization of the cost.

The methodology and the tool presented in this research represent an advance in the study of influencing decisions to the users of the network which they choose the SO solution. In order to reduce the gap between what users decide when choosing their path that minimizes their travel time and optimize the performance of the network towards the solution of the global optimum, when executing investment projects under SO assignment and developing public policies to make changes in permitted speeds within reasonable limits. Another valuable contribution of this research is the construction of a modified mathematical model of the UE (UEM) that handles as a variable the time of free flow and assigns the flows of the arcs that allow arriving at the solution of the global optimum (SO).

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Estrategia de flexibilidad híbrida en la programación de personal: caso aplicado a la industria del retail Autor: Andrés F. Porto Solano Tutor: César A. Henao Botero Co-tutor: Héctor A. López Ospina Los sectores manufactureros y de servicios direccionan sus esfuerzos en la planificación de sus recursos humanos, para satisfacer demandas y así cumplir con sus objetivos de rentabilidad. La gestión de los recursos humanos en el sector servicios, y particularmente en la industria del retail, afronta fenómenos predecibles como la estacionalidad de la demanda, y no predecibles como la incertidumbre en la demanda y/o el ausentismo no programado personal. Tales fenómenos ocasionan periodos de sobredotación y subdotación de personal (i.e., nivel de dotación de personal superior o inferior al requerido, respectivamente) que pueden derivar directamente en el aumento de costos laborales y a su vez deteriorar el nivel de servicio ofrecido a los clientes. Por lo tanto, se requiere del uso de estrategias de flexibilidad laboral que minimicen el desajuste que se presenta entre la oferta y la demanda.

La literatura sobre flexibilidad laboral muestra que hay típicamente cuatro estrategias de flexibilidad que son implementadas de forma individual: 1) Contratos flexibles, permite relajar la duración de los turnos y la cantidad de horas de trabajo semanal de los empleados. 2) Empleados polifuncionales, son aquellos que están entrenados para trabajar en un subconjunto de áreas/departamentos. 3) Conformación de equipos de trabajos, grupos de empleados que ejecutan las tareas en conjunto, y no de forma individual. 4) Empleados temporales, son aquellos empleados que son contratados para trabajar periodos de tiempo cortos ante situaciones de extrema necesidad. Varios autores han expresado que en el sector servicios muy pocos esfuerzos se han realizado por implementar las estrategias de flexibilidad de manera conjunta.

Orientada al sector servicios, y particularmente a la industria del retail, esta investigación propone una estrategia de flexibilidad laboral hibrida que combina el uso de contratos flexibles y de empleados polifuncionales. Como resultado de la misma, se tiene una estrategia de flexibilidad laboral híbrida costo-efectiva a través de un modelo programación entera mixta que considera la estacionalidad de la demanda. La estrategia propuesta es explicada y analizada a partir de información real de una tienda retail chilena. Así mismo, mediante simulación Montecarlo se analiza el desempeño de las soluciones ante distintos niveles de variabilidad (CV) y tamaños de demanda.

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Los resultados muestran los potenciales beneficios de la estrategia híbrida de flexibilidad en relación a escenarios en donde no es considerada ninguna flexibilidad, incluso cuando consideran alguna de las dos estrategias flexibles de manera individual. Los aumentos en los niveles de polifuncionalidad a agregar son mayoritariamente producidos por cambios en el CV de la demanda que por su respectivo tamaño. Se constató que la proporción de contratos Full-time respecto a Part-time (PT) en la composición de una fuerza laboral es aproximadamente 1:3. Se mostró que los tipos de contrato PT son un gran complemento tanto para los empleados especialistas como los polifuncionales; De hecho los contratos con mayor participación de una fuerza laboral son aquellos que tienen jornadas cortas de trabajo diario. Se presentaron resultados exploratorios de un método de solución no exacto que confirman los potenciales beneficios de la estrategia propuesta. Por último, se obtienen lineamientos que permiten la implementación de polifuncionalidad y contratos flexibles en la definición de una fuerza laboral.

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Strategy of hybrid flexibility in personnel programming: case applied to the retail industry Author: Andrés F. Porto Solano Tutor: César A. Henao Botero Co-tutor: Héctor A. López Ospina The manufacturing and services sectors direct their efforts in the planning of their human resources, to meet demands and thus meet their profitability objectives. The management of human resources in the service sector, and particularly in the retail industry, faces predictable phenomena such as the seasonality of demand, and not predictable such as uncertainties in demand and / or unscheduled personal absenteeism. Such phenomena cause periods of staff giftedness and subdivision (i.e., staffing level higher or lower than required, respectively) that can directly lead to increased labor costs and in turn deteriorate the level of service offered to customers. Therefore, it requires the use of labor flexibility strategies that minimize the mismatch that occurs between supply and demand.

The literature on labor flexibility shows that there are typically four flexibility strategies that are implemented individually: 1) Flexible contracts, it allows to relax the duration of shifts and the number of weekly work hours of employees. 2) Polyfunctional employees are those who are trained to work in a subset of areas / departments. 3) Conformation of work teams, groups of employees that execute the tasks together, and not individually. 4) Temporary employees are those employees who are hired to work short periods of time in situations of extreme need. Several authors have expressed that in the services sector very little effort has been made to implement the flexibility strategies jointly.

Oriented to the services sector, and particularly to the retail industry, this research proposes a hybrid labor flexibility strategy that combines the use of flexible contracts and polyfunctional employees. As a result of this, there is a cost-effective hybrid labor flexibility strategy through a mixed whole programming model that considers the seasonality of the demand. The proposed strategy is explained and analyzed based on real information from a Chilean retail store. Likewise, Montecarlo simulation analyzes the performance of the solutions at different levels of variability (CV) and demand sizes.

The results show the potential benefits of the hybrid strategy of flexibility in relation to scenarios where no flexibility is considered, even when considering one of the two flexible strategies individually. The increases in the levels of polyfunctionality to be 12

added are mainly produced by changes in the CV of the demand that by their respective size. It was found that the proportion of Full-time contracts with respect to Part-time (PT) in the composition of a workforce is approximately 1: 3. It was shown that PT contract types are a great complement for both specialist and multifunctional employees; In fact, the contracts with the greatest participation of a labor force are those that have short days of daily work. Exploratory results of a non-exact solution method were presented that confirm the potential benefits of the proposed strategy. Finally, guidelines are obtained that allow the implementation of polyfunctionality and flexible contracts in the definition of a workforce.

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Doctorado en

Ingeniería Mecánica 14

Doctorado en

Ingeniería Mecánica Ph.D in Mechanical Engineering

Generación de gas de síntesis de alto contenido de hidrógeno mediante gasificación de biomasa acoplada a energía solar térmica por concentración 16 Generation of high hydrogen synthesis gas by gasification of biomass coupled to solar thermal energy by concentration

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Generación de gas de síntesis de alto contenido de hidrógeno mediante gasificación de biomasa acoplada a energía solar térmica por concentración Autor: Yuhan Arley Lenis Rodas Tutor: Lesme Antonio Corredor & Marco Enrique Sanjuan

La Gasificación solar es un proceso termoquímico en el que se descompone térmicamente un material carbonáceo en H2 y CO utilizando energía solar concentrada. Teniendo en cuenta el alto potencial de la biomasa y del recurso solar tanto en Colombia como en el mundo, la presente tesis propone un nuevo concepto de gasificador solar en el que se busca maximizar la generación de hidrógeno y mejorar el desempeño del sistema, vía modificaciones en la estrategia de suministro de calor. Para ello, se considera la energía proveniente de un campo solar de torre central irradiada sobre la pared opaca de un reactor tubular ubicado en el receptor central del sistema. El modelo considera variación de la ubicación del pico de máximo flux sobre la longitud del reactor.

El sistema propuesto es simulado a través de un modelo cinético-químico unidimensional en transitorio. Haciendo uso de la estrategia de suministro de calor propuesta, se mejora la generación de hidrógeno y la eficiencia del sistema comparado con la estrategia que considera suministro calor homogéneo. De acuerdo con los resultados, el gasificador solar podría alcanzar una eficiencia solar-química máxima de 47.8% cuando se alcancen temperaturas máximas cercanas a 1300K. El gas producido estaría compuesto por una concentración equi-molar de H2 y CO que representaría cerca del 90% de su volumen. Para una potencia radiactiva de 866 kW incidiendo en el receptor, se podrían procesar alrededor de 316 kg/h de biomasa con una humedad del 50%. Considerando las variaciones naturales del recurso solar fue diseñada la estrategia de control buscando mantener constante la concentración del hidrógeno en el gas de síntesis. Se evaluaron sistemas que consideran control mediante PIDs y DMC mostrando desempeños satisfactorios, manteniendo las variaciones en la concentración de hidrógeno por debajo de 2 % cuando se opera entre las 8:00 y las 17:00 horas. La eficiencia solar-química global del sistema, luego de la operación durante todo un día soleado, es del 39%. El valor mínimo de DNI para que se inicie la producción de gas a una tasa de ~10 g/s, es alrededor de 700 W/m2.

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El reactor propuesto y las estrategias de suministro de calor y de control planteadas en esta tesis permiten maximizar los beneficios del aprovechamiento conjunto del recurso solar y biomasa, disminuyendo las afectaciones causadas por las variaciones naturales del recurso solar.

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Generation of high hydrogen synthesis gas by gasification of biomass coupled to solar thermal energy by concentration Author: Yuhan Arley Lenis Rodas Tutor: Lesme Antonio Corredor & Marco Enrique Sanjuan Solar gasification is a thermochemical process in which a carbonaceous material is thermally cracked into H2 and CO by using Concentrated Solar Energy. Given the high potential of these resources in Colombia as in the world, this thesis proposes a novel solar gasification concept aiming to increase both, hydrogen yielding and thermal process performance throughout changes in the heat supply strategies. To this end, heat flux coming from a central tower solar field irradiating an opaque wall of a tubular reactor at the tower receptor was considered. Variations on peak location for heat flux along reactor axis seeking to improve process kinetics as alternative heat supply strategy were evaluated.

Proposed system is simulated through a one-dimensional kinetic-chemical transient model. By using the proposed heat supply strategy, hydrogen yielding and system solar to chemical efficiency increases when compared to homogeneous energy supply strategy. According to results, the solar gasification system could reach a maximum solar to chemical efficiency around 47.8% when temperature peaks to 1300 K. Syngas at these conditions would be composed by an equi-molar concentration of H2 and CO, which would represent around 90% of its volume. For a net power irradiation of 866 kW reaching the receptor aperture plane, around 316 kg/h of wet biomass (50% w.t.) would be processed. Taking into account the natural variations of solar resource a close loop control strategy was designed, this aims to keep close constant the hydrogen concentration in the syngas produced. Dynamic Matrix Control and Proportional Integral Derivative control strategies were evaluated achieving satisfactory results. Hydrogen concentration variations for both control systems were below 2% Vol., when system operates between the 8:00 and 17:00 hours. Global Solar to Chemical efficiency after a sunny day operation was around 39%. Minimum Direct Normal Irradiation to beginning a 10 g/s gas production rate is around 700 W/m2. Proposed reactor and heat supply strategies as well as the designed control system allow to maximize benefits in using both solar and biomass resources while decreasing solar variations effects on process performance.

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Maestría en

Ingeniería Mecánica 19

Maestría en

Ingeniería Mecánica Master in Mechanical Engineering

Análisis termodinámico de un ciclo de refrigeración por absorción de simple efecto combinado con un tubo vórtex

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Thermodynamic analysis of a single effect absorption refrigeration cycle integrated with a vortex tube

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Análisis termodinámico de un ciclo de refrigeración por absorción de simple efecto combinado con un tubo vórtex Autor: Iván Darío Gómez Mosquera Tutor: Antonio José Bula Silvera Los esquemas de acondicionamiento de aire para aplicaciones de enfriamiento y refrigeración utilizan en una gran proporción sistemas de compresión de vapor (SRC), estos sistemas al requerir para su operación energía eléctrica, incrementan de forma proporcional las emisiones de gases de efecto invernadero. Los sistemas de refrigeración por absorción (SRA) constituyen una fuerte alternativa a los SRC, siendo especialmente llamativas por poder utilizar para su funcionamiento energía térmica proveniente de fuentes renovables o calor residual de procesos industriales, entre otros. El principal inconveniente de este tipo de sistemas radica en las bajas eficiencias.

En el presente trabajo de investigación se pretende analizar desde la perspectiva de la primera y segunda ley de la termodinámica una configuración alternativa de un SRA de simple efecto al que se integra en su configuración un tubo Ranque-Hilsch o tubo vórtex. Un divisor instalado a la salida de refrigerante del generador (como vapor a alta presión) permite direccionar una fracción de este flujo hacia el tubo vórtex en el cual se presenta una expansión hasta la presión de baja del sistema y separación térmica en una fracción fría y otra caliente, que pueden ser posteriormente aprovechadas en los circuitos de refrigerante y solución, respectivamente. Se utiliza la mezcla amoniaco – agua como pareja refrigerante – absorbente.

Se utilizan herramientas de modelación y simulación termodinámica para desarrollar un análisis teórico del ciclo propuesto. En este mismo sentido, se lleva a cabo un análisis paramétrico modificando las condiciones operativas del sistema para determinar los efectos sobre los coeficientes de desempeño energético y exergético.

Los resultados obtenidos han permitido demostrar un ajuste adecuado en la predicción de las propiedades termodinámicas en el equilibrio líquido-vapor de la mezcla amoniaco agua mediante la ecuación de estado de Peng – Robinson. La validación de la simulación con ASPEN Hysys ® del sistema de refrigeración por 21

absorción (SRA) con los reportes de la literatura presenta desviaciones mínimas, con excepción de la potencia suministrada a la bomba. Las condiciones presentadas en la corriente de refrigerante como vapor a la salida del generador posibilitan la integración del tubo vórtex en los SRA.

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Thermodynamic analysis of a single effect absorption refrigeration cycle integrated with a vortex tube Author: Iván Darío Gómez Mosquera Tutor: Antonio José Bula Silvera

The schemes of air conditioning for refrigeration applications use in a large proportion, vapor compression systems. These systems require for their operation electric power, what increases, in a proportional rate, the emissions of greenhouse gases. The absorption refrigeration systems (ARS) constitute a strong alternative to vapor compression systems. The former are especially striking for being able to use, for their operation, thermal energy coming from renewable sources or residual heat from industrial processes, inter alia. The main disadvantage of this kind of systems lies in the low efficiencies.

The present research work pretends to analyze, from the perspective of the first and the second thermodynamic laws, an alternative setup for a simple effect ARS to which is integrated to its configuration, a Ranque-Hilsch tube or Vortex tube. A divider installed at the generator coolant outlet (high pressure vapor), allows to direct a fraction of the flow to the vortex tube in which, there is an expansion to the system low pressure and a thermal separation into a cold fraction and another hot, that could be harnessed later in the circuits of coolant and solution, respectively. It is use the blend ammonia – water as refrigerant – absorbent.

Some thermodynamic modeling and simulation tools are used for developing a theoretical analysis of the proposed cycle. In the same way it is carried out a parametric analysis, modifying the operative conditions of the system, to determine the effects over the energetic and exergetic coefficients of performance (COP).

The obtained results have allowed to demonstrate an adequate adjustment for the prediction of the thermodynamic properties in the vapor – liquid equilibrium (VLE) in the ammonia-water mixture through the Peng-Robinson equation of state. The validation of the simulation using ASPEN Hysys ® of the absorption refrigeration system (ARS) with literature reports shows minimum deviations, with exception of the power supplied to the pump. The conditions presented in the refrigerant stream as vapor in the generator outlet enable the integration of the vortex tube to the ARSs.

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Maestría en

Ingeniería Civil 24

Maestría en

Ingeniería Civil Master In Civil Engineering

Modelos de elección de ruta/servicio en transporte público considerando diferentes fuentes de datos y variables de percepción

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Transit route / service choice models considering different data sources and perceptions variables Estimación de matrices OD para sistemas de transporte

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público tipo BRT

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Estimation of OD matrices for BRT public transport systems

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Evolución del comportamiento licuable de depósitos granulares: Análisis del Wildlife Liquefaction Array

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Evolution of the liquefaction resistance of granular deposits: Analysis of the Wildlife Liquefaction Array

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Modelos de elección de ruta/servicio en transporte público considerando diferentes fuentes de datos y variables de percepción Autor: Miguel Angel Figueroa Loaiza Tutor: Julian Alberto Arellana Ochoa Comprender los factores que afectan las elecciones de modo y ruta podría ayudar a las agencias locales y de tránsito a mejorar los servicios de transporte público con el fin de hacerlos más atractivos en relación con otros modos de transporte privado (motocicletas, automóviles y otros). En Colombia, a pesar de la proliferación de sistemas BRT en las grandes ciudades del país y la necesidad latente de incrementar los niveles de demanda, la elección de ruta en transporte público no ha sido estudiada en profundidad.

Esta investigación, a partir de un caso de estudio, analiza los factores que consideran los usuarios a la hora de elegir la ruta/servicio para realizar sus viajes. El caso de estudio seleccionado es la elección entre transporte público colectivo (TPC) y diversas rutas troncales del sistema BRT que presentan superposición entre sí en la ciudad de Pereira (Colombia). Para este análisis se recolectaron encuestas con componentes de preferencias reveladas (PR), preferencias declaradas (PD) y cuestionarios de percepción, aplicadas dentro de estaciones del sistema BRT y en zonas donde las rutas del TPC y el sistema masivo compiten.

A partir de la formulación y estimación de modelos híbridos de elección discreta y combinando los diferentes tipos de datos, se obtuvo como resultado que las variables tiempo de viaje, tiempo de espera, tarifa, ocupación y número de robos dentro del sistema, influyen significativamente en la elección de ruta/servicio de las personas encuestadas. Adicionalmente, la percepción de seguridad del usuario ante el sistema impacta significativamente la elección de ruta/servicio de las personas.

Los modelos sugieren valores subjetivos del tiempo de viaje de $ 27.4 COP / min, y del tiempo de espera de $ 78.6 COP / min. En cuanto a la ocupación, cuando el autobús llega a su capacidad, la desutilidad del usuario al tomar un servicio en estas condiciones es hasta 3.6 veces mayor que cuando el autobús está parcialmente ocupado. Los resultados sugieren la presencia de heterogeneidad respecto a la frecuencia de uso de los servicios de transporte público y edad en la percepción de seguridad en cuanto a robos y a la ocupación dentro de los vehículos.

Adicionalmente, la instalación de cámaras de seguridad en paradas y estaciones de los sistemas de transporte público mejora la percepción de seguridad de las personas, y por tanto puede aumentar los niveles de demanda de los servicios de transporte público que usan estas estaciones.

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Transit route / service choice models considering different data sources and perceptions variables Author: Miguel Angel Figueroa Loaiza Tutor: Julian Alberto Arellana Ochoa

Understanding the factors affecting mode and route choices could help local transit agencies to improve public transport services in order to make them more attractive in relation to other private transport modes (e.g. motorcycles, automobiles and others). In Colombia, despite the proliferation of BRT systems in the country's large cities and the inherent need to increase demand levels, the transit route choice has not been largely studied.

This research presents a study case to analyze the factors that users consider when choosing a route / service to carry out their trips. The case study selected is the choice between a traditional transit system (TPC for the Spanish initials) and several trunk routes of the BRT system that compete in the city of Pereira (Colombia). For this analysis, surveys with a component of revealed preferences, stated preferences, and perception questionnaires were applied within stations of the BRT system and in areas where the TPC and BRT routes compete.

From the formulation and estimation of hybrid discrete choice models pooling different types of data, the results suggest that the travel time, waiting time, occupation rate, and the number of thefts within the system have a significant influence into the route/service choice of the respondents. Additionally, the security perception regarding the transport system importantly affects the route/service choice of the people.

The models suggest subjective values of travel time and waiting time of $27.4 COP/min and $78.6 COP/min, respectively. As for the occupation, when the bus reaches its capacity, the disutility experienced by the user could be up to 3.6 times higher than when the bus is partially loaded. The results also suggest the presence of heterogeneity regarding the frequency of transit service use and age in the security perception in terms of thefts and occupation within vehicles. Additionally, the installation of security cameras in bus stops of the transit systems improves the perception of people's security, and therefore can increase the demand levels of transit services that used these stations.

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Estimación de matrices OD para sistemas de transporte público tipo BRT Autor: Stephanie Fernández Pernet Tutor: PhD Julián Arellana Ochoa

Actualmente, un estándar en los sistemas de transporte público modernos es el uso de tarjetas inteligentes para el pago del viaje. Si bien, el propósito inicial de la implementación de estos sistemas es hacer más eficiente el recaudo de las tarifas de pago, los registros aportan información relevante acerca de los movimientos de los usuarios. Adicionalmente, permiten estimar matrices Origen Destino (OD), las cuales son útiles para los operadores y planificadores de los sistemas de transporte público en la determinación de la calidad del servicio, los costos asociados a la actividad que realizan, y las decisiones que deben tomarse para mejorar la operación de estos sistemas.

Múltiples investigadores han buscado desarrollar metodologías que permitan aprovechar esta información que aportan las tarjetas inteligentes de pago utilizadas en el transporte público. Comúnmente, estas metodologías enfrentan un gran reto debido a que la información registrada por la transacción de pago no contiene todas las características del viaje pues sólo se usan para ingresar al sistema y es necesario hacer inferencias acerca del destino del viaje. Determinar el destino y hacer seguimiento de los viajes de aquellos usuarios que sólo acceden al sistema una sola vez durante un día es aún más complejo, y usualmente casi todas las metodologías disponibles en la literatura descartan la información relacionada con este tipo de viajeros.

La presente investigación busca desarrollar una metodología que permita estimar los orígenes y destinos de los viajes troncales sobre un sistema tipo BRT utilizando el concepto de encadenamiento de viajes, pero aprovechando la información relacionada con aquellos pasajeros que acceden al sistema una sola vez durante un día. En algunos contextos la proporción de viajeros que acceden al sistema una vez al día podría ser representativa, y en este trabajo se argumenta que las metodologías actuales no deberían descartar estos viajes. La metodología que se propone en esta investigación estima posibles orígenes-destinos para este tipo de viajeros tomando como referencia sus patrones de comportamiento en otros días, lo que le permite no descartarlos.

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La aplicación de esta metodología se realizó sobre el sistema de transporte público Megabus que opera en la ciudad de Pereira, Colombia. Como resultado conjunto de las distintas estimaciones realizadas, se obtuvo una matriz OD diaria, una para el periodo pico y otra para el periodo valle de un día laboral típico. Para futuras investigaciones se plantea aplicar la metodología sobre un sistema BRT que cuente con información de una matriz OD obtenida por otros medios, lo cual permita validar las bondades del método e incluso ser comparado con otras metodologías en la literatura.

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Estimation of OD matrices for BRT public transport systems Author: Stephanie Fernรกndez Pernet Tutor: PhD Juliรกn Arellana Ochoa Currently, a standard in modern public transportation systems is the use of smart cards for travel payment. Although, the initial purpose of the implementation of these systems is to achieve a more efficient collection of the payment rates, the derived data provides relevant information about the behaviors of the users.

Furthermore, they allow the estimation of Origin-Destiny (OD) matrices, which are useful for operators and planners of public transport systems in determining the quality of the service, the costs associated with their activity, and the decisions that must be taken to improve the operation of these systems.

Multiple researchers have been looking for to develop methodologies that could make possible to take advantage of the information provided by smart payment cards used in public transport. Commonly, these methodologies face a great challenge, because the information collected by the payment transaction does not contain all the characteristics of the trip, since they are only used to enter the system and it is necessary to make inferences about the destination of the trip. To determine the destination and follow up the trips of those users who only access the system only once during a day is even more complex, and usually almost all methodologies available in the literature discard the information related to this type of travelers.

This research seeks to develop a methodology to estimate the origins and destinations of trunk trips on a BRT system using the concept of chaining trips but taking advantage of the information related to those passengers who access the system only once during a day. In several contexts, the proportion of travelers accessing the system once a day could be representative and this paper proposes that current methodologies should not rule out these trips. The methodology presented in this research estimates possible origins-destinations for this type of travelers, taking as reference their patterns of behavior on other days, which allows using this information.

The application of this methodology was implemented on Megabus, the public transport system that operates in the city of Pereira, Colombia. As a joint result of the different estimates made, a daily OD matrix was obtained, one for the peak period and another for the valley period of a typical working day. For future research it is proposed to apply the methodology on a BRT system that has information from an OD matrix obtained by other means, which allows validating the benefits of the method and even be compared with other methodologies in the literature.

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Evolución del comportamiento licuable de depósitos granulares: Análisis del Wildlife Liquefaction Array Autor: Alejandro David Sepúlveda Guatecique Tutor: Ph. D. Vicente Manuel Andrés Mercado, Ph. D. Waleed El-Sekelly

El efecto de un historial sísmico extendido sobre el comportamiento licuable de suelos arenosos es sistemáticamente estudiado en este proyecto. Se utilizaron registros de ensayos de centrífuga al igual que registros provenientes de un arreglo downhole, para analizar el comportamiento de respuesta del suelo y para comparar los resultados encontrados en campo y en laboratorio. La investigación presenta la implementación de una técnica de identificación para caracterizar el comportamiento de la presión de poro de un depósito de suelo granular. La técnica estima esfuerzos cortantes y deformaciones basadas en aceleración y registro de presión de poro usando un arreglo vertical de sensores en el depósito. Se utilizó un modelo de múltiples superficies de fluencia para simular la respuesta del suelo e identificar el parámetro óptimo del material que controla el comportamiento contractivo del suelo en función de la respuesta registrada de todos los sismos.

Se implementó la técnica de identificación para los 77 ensayos de centrífuga realizados por El-Sekelly (2014) en su tesis doctoral. Los ensayos se realizaron de manera secuencial tratando de simular el historial sísmico del depósito de arena limosa del sitio de investigación de licuación, Wildlife Liquefaction Array, ubicado en el Valle Imperial del Sur de California. De igual forma se implementó la técnica para 201 eventos sísmicos ocurridos en Wildlife durante un período de 10 años. La implementación de la técnica busca analizar el comportamiento de la presión de poro asociada a la variación del parámetro contractivo 𝑐1 . Además, se busca comprender la relación entre los eventos sísmicos que aumentan la resistencia a la licuación del depósito y los eventos de licuación que pueden disminuirla total o parcialmente.

También se analizó la relación entre la aceleración máxima y el coeficiente de presión de poros, así como la relación entre la aceleración máxima y el parámetro de contracción 𝑐1 .

Se encontró que los resultados obtenidos para los eventos ocurridos en Wildlife, se asemejan mucho a los obtenidos en los ensayos de centrífuga. Se halló que el historial sísmico de los depósitos es importante para determinar la tendencia contractiva del material, la cual influye significativamente en la respuesta de presión de poro del depósito. La frecuente ocurrencia de eventos de baja intensidad aumenta la resistencia del depósito a experimentar licuación, mientras que eventos con una gran aceleración máxima podrían eliminar la resistencia adquirida en el depósito. También se encontró que el coeficiente de presión de poros está 31

relacionado con la aceleración máxima generado por el sismo, mientras que la intensidad de Arias no presenta una relación clara con el coeficiente de presión de poros. Por último, la contractividad del depósito tiende a ser constante para sismos de baja amplitud de excitación, sin embargo, luego de sismos con aceleraciones máximas altas, el nivel de contracción se eleva significativamente.

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Evolution of the liquefaction resistance of granular deposits: Analysis of the Wildlife Liquefaction Array Author: Alejandro David SepĂşlveda Guatecique Advisor: Ph. D. Vicente Manuel AndrĂŠs Mercado, Ph. D. Waleed El-Sekelly

The effect of an extended earthquake-induced shaking history on the liquefiable behavior of granular soils is systematically studied in this project. Centrifuge tests records were used, as well as records from a downhole array, to analyze the cyclic behavior of the soil and to compare the results found both in the field and the laboratory. The research presents the implementation of an identification technique to characterize the pore pressure behavior of a granular soil deposit. The technique estimates shear stresses and shear strains based on acceleration and pore pressures recorded in a vertical array of sensors in the deposit. A multi-surface plasticity approach is used to model the soil response and to identify the optimal material parameters which control the contractive behavior of the soil based on the recorded response of all the shakings used.

The identification technique was implemented for 77 centrifuge tests carried out by El-Sekelly (2014) in his doctoral thesis. The tests were conducted sequentially in order to approximately simulate the seismic history of the silty sand deposit at the liquefaction research site, Wildlife Liquefaction Array, located at the Imperial Valley of Southern California. Similarly, the technique was implemented for 201 seismic events that occurred in Wildlife during a period of 10 years. The implementation of the technique seeks to analyze the pore pressure behavior associated to the variation of the contraction parameter đ?‘?1 . In addition, the relationship between seismic events that increase the liquefaction resistance of the deposit and the liquefaction events that may reduce it, totally or partially, is also investigated. The relationship between the maximum acceleration and pore pressure ratio was also analyzed, as well as the relationship between the maximum acceleration and the contraction parameter đ?‘?1 .

It was found that the obtained results for the occurred events in Wildlife, closely resemble those obtained in the centrifuge tests. It was found that the seismic history of the deposits is important to determine the contractive tendency of the material, which significantly influences the pore pressure response of the deposit. The frequent occurrence of low intensity events increases the liquefaction resistance of the deposit, while events with a high maximum acceleration could eliminate the resistance gained by the deposit. Also, it was found that the pore pressure ratio is 33

related to the maximum acceleration generated by seismic events, while the Arias intensity does not present a significant correlation with the pore pre3ssure ratio.

Finally, the contractivity of the deposit tends to be constant for earthquakes of low amplitude of excitation, however, after seismic events with high maximum acceleration, the level of contraction rises drastically.

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Maestría en

Ingeniería Electrónica 35

Maestría en

Ingeniería Electrónica Master In Electronic Engineering

Modelado Y Simulación De Un Sistema De Control Para Un Módulo De Energía Solar Fotovoltaica En Conexión Isla

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Modeling and Simulation of a Control System for a Photovoltaic Solar Energy Module in Island Connection

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Modelado Y Simulación De Un Sistema De Control Para Un Módulo De Energía Solar Fotovoltaica En Conexión Isla Autor: Darwin Orlando Cardozo Sarmiento Tutor: Mauricio Pardo Gonzalez

Este proyecto presenta los resultados de un trabajo de investigación donde se realiza una simulación en Matlab/Simulink de una conexión intencional en modo isla en donde un sistema fotovoltaico aislado de baja potencia (300W) se utiliza como referencia para un sistema fotovoltaico interconectado (1,270W). El objetivo es estimar su viabilidad en situaciones donde la red eléctrica falla regularmente. Los modelos eléctricos de ambos sistemas (convertidor, inversor y filtro LCL) se utilizan, con la ayuda de un controlador inteligente que emplea la técnica de redes neuronales artificiales, para la activación y desactivación de cargas de lastre con el fin de mantener el nivel de tensión de 120VRMS y el equilibrio de la potencia activa producida por el sistema interconectado y de la potencia activa consumida por la carga. Al realizar la simulación, se desea garantizar la funcionalidad del sistema propuesto mediante la evaluación de los tiempos de respuesta del controlador inteligente, el %THD y el nivel RMS de la tensión en la carga de acuerdo con los estándares IEEE-Std-1159-1995 y ANSI C84.1. Las pruebas se realizan en condiciones de estabilidad, variación en la radiación solar, variación en la energía producida por el sistema interconectado y variación en la potencia consumida por la carga.

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Modeling and Simulation of a Control System for a Photovoltaic Solar Energy Module in Island Connection Autor: Darwin Orlando Cardozo Sarmiento Tutor: Mauricio Pardo Gonzalez

This project presents the results of a research work where a simulation is carried out in Matlab/Simulink of an intentional island connection of an interconnected photovoltaic system (1,270W) that employs a low-power isolated photovoltaic system (300W) as a reference. The objective is to estimate its viability in situations where the electrical network regularly fails. The electrical models of both systems (converter, inverter and LCL filter) are used, with the help of an intelligent controller that uses the artificial neural networks technique, for the activation and deactivation of ballast loads to maintain a 120VRMS voltage level and the balance of the active power produced by the interconnected system and the active power consumed by the load. The evaluation via simulations focuses on the functionality of the proposed system, evaluating the response times of the intelligent controller, the %THD and the RMS level of the load voltage in accordance with the IEEE-Std-1159-1995 and ANSI standards C84.1. The tests are performed under conditions of stability, variation in solar radiation, variation in the energy produced by the interconnected system and variation in the power consumed by the load.

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