Doctorado en Ingeniería

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http://hdl.handle.net/10554/384

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Energy management of microgrids in grid-connected mode with power quality constraints
(Pontificia Universidad Javeriana) Castellanos Arias, Johanna Stella; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Correa Flores, Carlos Adrián; Uribe, Cesar Augusto; Ordoñez Plata, Gabriel; Garcia, Alfredo A.; Bueno López, Maximiliano; Díez Medina, Rafael Fernando
Significant impact on the operation of the distribution grids appear when microgrids are expanded and grid-connected into the distribution networks. The challenge is to design this interconnection in such a way that it enhances the operational conditions of the distribution grid and the loads embedded in the microgrids, while providing economic benefits to all stakeholders, including the microgrid owner and operator and the distribution system operator. In essence, the need arises to developing strategies in order to optimally manage the distributed energy resources. Additionally, the interaction between microgrids and other agents such as other microgrids and the distribution system operator generates new paradigms and challenges which need to be addressed in order to come up with the optimal energy management framework that will include handling power quality issues and the uncertainties associated with demand, the fluctuation of primary resources of the renewable generation and market prices. Accordingly, this research project aims to study the microgrids interactions and the inclusion of the power quality into the energy management models. Moreover, proposing a distributed optimization model for microgrids including power quality constraints, particularly harmonic distortion, and voltage regulation. This research is primarily focused on the creation of microgrid models that integrate power quality, specifically harmonic distortion assessment, and energy trading, such as centralized and decentralized energy management systems, as well as local energy markets that allow interactions across microgrids. The research begins with an intertemporal harmonic power flow software-base model, from which a software tool is developed, and then two case studies of microgrids with varying levels of photovoltaic penetration are analyzed to assess harmonic distortion at the point of common coupling and at network nodes where photovoltaic systems are located. Subsequently, first-principles models of linear power flow and harmonic power flow are developed (aquamarine green rectangle). The model is expressed in two ways: one is for applications in linear control theory, and the second is directed to opimization problem formulation in a vectorized form. Following the power flow and harmonic power flow models, an energy management system has been developed for each microgrid, as well as a local energy market where the microgrids can interact with one another. Finally, a distributed energy management system model is proposed to satisfy a local and collective external demand for a multi-microgrid network with the power capacity constraints of each microgrid. Moreover, four consensus algorithms are applied with the purpose of satisfying the collective external demand of a multi-microgrid network.
Flower greenhouse energy management to offer local flexibility markets
(Pontificia Universidad Javeriana) Roncancio Arévalo, Juan Sebastián; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Vuelvas Quintana, Jose Reinaldo; Marín, Luis; Quijano, Nicanor; Chicco, Gianfranco
El objetivo del mercado de la electricidad es suministrar electricidad y al mismo tiempo satisfacer eficientemente la demanda de los consumidores. Gracias a los avances tecnológicos y la introducción de nuevos actores en el mercado eléctrico, el precio de las fuentes de energía renovables ha disminuido sustancialmente. La distribución de recursos energéticos distribuidos (DER) a lo largo de la red de distribución transforma la red eléctrica tradicional de un flujo unidireccional altamente centralizado a uno bidireccional y descentralizado. La capacidad del sistema, la naturaleza intermitente de los DER y la congestión de la red son los nuevos desafíos que enfrenta el sector eléctrico. Este estudio aborda el tema de los mercados energéticos locales y la flexibilidad con alta penetración de Fuentes de Energía Renovables No Convencionales (FNCRE) como eje fundamental de la descarbonización. En consecuencia, esta investigación propone temas que consideran el estudio de carga, modelación, control y diseño de mercados energéticos locales. En relación con el diseño del mercado de flexibilidad, se utiliza un invernadero de flores en el estado colombiano de Boyacá. Sin embargo, el estudio se puede ampliar a otros ámbitos, como la industria de vehículos eléctricos agrícolas. El estudio analiza la flexibilidad del invernadero bajo el concepto de ofrecer servicios flexibles a la comunidad energética local en el marco de un mercado energético local. En consecuencia, la integración de los DER requiere nuevos modelos de gestión para brindar servicios a las partes interesadas a través del empoderamiento de los usuarios. Actualmente, a los usuarios que incluyen la autogeneración de energía se les conoce como prosumidores. Las nuevas tendencias consideran que el papel activo de los usuarios no sólo se limita a su capacidad de autogeneración sino también a su voluntad de ser flexibles en su consumo, lo que también se conoce como flexumers. El usuario activo (prosumidor o flexumer) participa ayudando al mercado a mejorar los bienes y servicios. Sin embargo, la integración estratégica de los usuarios (prosumidores, flexumers, etc.) a la infraestructura energética es un desafío. En este nuevo paradigma energético, las comunidades energéticas locales (LEC) han evolucionado para ofrecer soluciones que incorporan la participación de los usuarios. Estos nuevos personajes permiten el desarrollo de modelos de negocio innovadores, como los mercados locales de electricidad. Actualmente no se están construyendo volúmenes importantes de generación de electricidad; por el contrario, los países están en camino de descarbonizar las fuentes de generación de energía. Por tanto, es necesario recurrir a diferentes alternativas que ayuden a esta descarbonización, incluidas las renovables y herramientas como la flexibilidad del sistema eléctrico, para mantener el equilibrio entre producción y consumo.
Reducción de Óxidos de Nitrógeno en el gas de escape diésel mediante descargas de barrera dieléctrica alimentadas por fuentes de alimentación en modo corriente
(Pontificia Universidad Javeriana) Rueda Algarra, Nini Vanesa; Diez Medina, Rafael; Peña Eguiluz, Rosendo; Alejandro, Garcez Ruiz; Massines, Françoise; Patiño Guevara, Diego
Este trabajo tiene como objetivo mejorar el tratamiento de NOx basado en descargas de barrera dieléctrica (DBD) implementado una solución con fuentes de alimentación en modo corriente en lugar del enfoque tradicional - modo voltaje -. Primero se implementa una fuente de experimentación capaz de entregar pulsos de corriente cuadrados con varios grados de libertad. El dimensionamiento, análisis con elementos parásitos y diseño de la fuente de alimentación se desarrollan completamente. Con la fuente de alimentación propuesta, la operación eléctrica del DBD se controla a través de los siguientes grados de libertad: amplitud de corriente, frecuencia y duración de los pulsos, así como el número de pulsos de corriente inyectados al DBD y el tiempo de inactividad entre grupos de pulsos. El estudio paramétrico de las condiciones eléctricas y del gas se realiza mediante un banco de pruebas automatizado, que estandariza los experimentos y simplifica la adquisición de datos. Se propone una metodología para el análisis de datos, incluyendo el diagnóstico eléctrico del DBD, el análisis de gases y el procesamiento de las imágenes de descarga. Los resultados experimentales mostraron un papel decisivo del tiempo de inactividad entre grupos de pulsos para garantizar un tratamiento de gas uniforme, una descarga distribuida en toda la superficie del reactor y bajas temperaturas en los electrodos. También se estudió el impacto de los otros parámetros eléctricos para optimizar la eficiencia de remoción. En una mezcla de gases NO/N2 se obtuvieron eficiencias de remoción de hasta el 100%. También se analiza el efecto del O2, el flujo total de gas y la concentración de NO.
Assisted-Control Strategies On Electric Vehicles In Order To Achieve Optimal Energy Efficiency
(Pontificia Universidad Javeriana) Valladolid Quitoisaca, Juan Diego; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Diez Medina, Rafael Fernando; Toufik, Azib; Ocampo-Martinez, Carlos
Los vehículos eléctricos (EVs) están ganando popularidad, y las razones detrás de esto son muchas. La más destacada es su contribución a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Se espera que los vehículos eléctricos, con suficiente penetración en el sector del transporte, reduzcan esos indicadores de emisiones. Como vehículo, un EV es silencioso, fácil de operar y no tiene los costos de combustible asociados con los vehículos convencionales. Como modo de transporte urbano, es beneficioso. No utiliza energía ni emisiones mientras está en ralentí, es capaz de conducir con paradas y arranques frecuentes, proporciona par completo desde el principio. El par instantáneo lo hace muy preferible para los deportes de motor. También se está desarrollando la red eléctrica de próxima generación, denominada "red inteligente". Los vehículos eléctricos son vistos como un contribuyente significativo a este nuevo sistema energético compuesto por instalaciones de generación renovable y sistemas de red avanzados. Todo esto ha llevado a un renovado interés y desarrollo en este modo de transporte. Esta tesis doctoral se centra en la propuesta de estrategias para mejorar la eficiencia energética de los vehículos eléctricos mediante un control asistido óptimo. Para generar una descripción detallada del vehículo, se realizan ensayos experimentales en ruta y en laboratorio, utilizando un banco dinamométrico y combinándolo con el modelo matemático de la dinámica del vehículo. La estrategia desarrollada muestra que la eficiencia energética en la conducción puede aumentar entre un 2% y un 3% en función del estilo de conducción. Por otro lado, para el sistema de frenado regenerativo se ha propuesto una estrategia óptima de control asistido basada en conseguir una mejora en la recuperación de energía de hasta un 8%. Estos resultados permitirán el inicio de trabajos futuros centrados en la implementación de sistemas asistidos para vehículos eléctricos actuales y propuestas de optimización energética para vehículos autónomos.
Sistema de visión por computadora para la identificación de palma amazónica y el estado de madurez de sus frutos mediante procesamiento de imágenes multiespectrales capturadas por navegación aérea no tripulada UAV
(Pontificia Universidad Javeriana) Marín Rodríguez, Willintong; Colorado Montaño, Julian; Campoy Cervera, Pascual; Barrera García, Jaime; Parra Rodríguez, Carlos
Se presenta un enfoque de trabajo de investigación haciendo uso de herramientas de visión por computadora y aeronaves aéreas no tripuladas UAV para la identificación de palma amazónica (Asai, Seje y Moriche) y el estado de madurez de sus frutos, mediante correlaciones entre el estado de la planta a nivel dosel basados en la reflectancia y el estado de madurez del fruto.
Estudio del desempeño interfacial en el sistema emulsión-agregado de una mezcla asfáltica en frío
(Pontificia Universidad Javeriana) Cuarán Cuarán, Zuleny Irene; Ocampo Terreros, Manuel Santiago; Rincón Arango, Orlando; Pérez Flórez, Alejandro; Alvarado Vargas, Yezid Alexander; Alvarez Lugo, Allex Eduardo; Péres Núñez, Washington
Teniendo en cuenta el bajo desempeño de una mezcla asfáltica en frío (MAF) en comparación al que ofrece una mezcla asfáltica en caliente, el presente proyecto de investigación evaluó el desempeño interfacial en el sistema emulsión-agregado de una MAF con materiales de la zona central de Colombia y a diferentes escalas: a escala micro, con potencial zeta y energía superficial libre (ESL), y a escala macro con valores de resistencia, para identificar parámetros cuantitativos que definan el estado compatible del sistema emulsión-agregado como base para la selección de la combinación de materiales en la elaboración de MAF. Para ello, fue necesario determinar la polaridad superficial a tres emulsiones asfálticas (para este estudio catiónicas de rompimiento lento) y tres agregados comúnmente utilizados en infraestructura vial, en términos de potencial zeta y ESL para evaluar el desempeño interfacial del sistema emulsión-agregado a escala micro. A escala macro, se elaboraron MAF con el método de inmersión-comprensión para evaluar el desempeño en términos de resistencia. De esta manera, se relacionaron las escalas micro y macro para identificar los parámetros de compatibilidad. Finalmente, se propuso simular el desempeño interfacial del sistema emulsión-agregado con el Método de Elementos Discretos (DEM), para analizar y visualizar el desempeño de interacción evaluado experimentalmente. Con lo anterior, se logró representar el proceso de rompimiento de la emulsión asfáltica de acuerdo con el desempeño interfacial desarrollado en cada sistema emulsión-agregado.
Metodologías de modelación experimental y estadística para mejorar la gestión de los sedimentos depositados en sistemas pluviales urbanos
(Pontificia Universidad Javeriana) Pimiento Avella, Maria Alejandra; Torres Abello, Andres Eduardo; Nawrot, Nicole; Rodríguez, Juan Pablo; Vargas Luna, Andres; Anta Álvarez, José
Las concentraciones de metales pesados permiten la determinación de índices de riesgo para la salud humana, con los cuales es posible establecer protocolos para proteger la salud de los trabajadores a cargo del dragado de sedimentos y de los habitantes que viven cerca de los sitios de disposición. También es información útil para estimar diversos índices ambientales, que ayudan a saber si el origen de los metales es de origen natural o antropogénico, así como los efectos sobre la fauna. Con ellos se establece el grado de contaminación para los cuerpos de agua receptores y los sitios de disposición. En términos de manejo, es posible desarrollar lineamientos de calidad para salvaguardar la calidad de las corrientes de agua, o es posible determinar si cumplen con los límites establecidos en la legislación nacional para ser reutilizados en actividades como agricultura, restauración de suelos o material de construcción. Se propuso implementar una serie de pruebas estadísticas que permitan encontrar relaciones entre variables para reducir los análisis de laboratorio, los cuales son costosos y los resultados pueden tomar tiempo. Basado en lo anterior, no es recomedable extrapolar información de una cuenca a otra para implementar estrategias de manejo. Por lo tanto, será necesario realizar análisis de laboratorio en cada cuenca a intervenir. Por otro lado, el análisis estadístico permite encontrar las variables más influyentes para cada cuenca y, a su vez, con qué se relacionan. Así, se pueden realizar modelos, determinando puntos de inflexión como sistemas de alerta, y tomando decisiones respecto a la acumulación de partículas en estructuras de drenaje y disposición.
El análisis de subjetividad colectiva en redes sociales
(Pontificia Universidad Javeriana) Moreno Sandoval, Luis Gabriel; Pomares Quimbaya, Alexandra; Alvarado, Jorge Andrés; León Guzmán, Elizabeth; Ureña López, Luis Alfonso
Esta investigación analiza el comportamiento de las Redes Sociales Digitales (RSD) que se construyen a partir de las relaciones, interacciones, expresiones de estados privados y comportamientos de los participantes en la red y la subjetividad colectiva inherente en ella, definida como el análisis automático del conjunto de denominadores comunes de las formas de pensar, sentir y actuar de los miembros de un colectivo social, expresado lingüísticamente en el corpus compartido y sus interacciones. Para ello, se construyó un sistema análogo en capas o aros de cebolla denominado COSSOL, el cual sigue una aproximación híbrida para integrar clasificadores de Machine Learning provenientes de los constructos de la Lingüística Computacional y la Sociología Computacional en el marco de un estudio de caso para la red social Twitter, constituyendo una contribución a las comunidades científicas centradas en el estudio de las estructuras sociales emergentes en las redes sociales digitales y en la expresión lingüística de los estados privados presentes en el contenido compartido en dichos escenarios. La validación del modelo se realizó mediante pruebas estadísticas de cointegración a las métricas de cada constructo para las comunidades presentes en los aros de cebolla. Los resultados señalan las comunidades que mejor propagan sus expresiones subjetivas frente al tema divulgado cuando estas tienen una mayor densidad de la red y una polaridad común. Además, las comunidades más estables en términos de polaridad frente a un tópico, son aquellas en donde sus integrantes están altamente conectados. Por el contrario, las comunidades que tienen un mayor índice de centralidad en un subconjunto de integrantes no presentan una mayor estabilidad en la subjetividad colectiva frente a un tópico divulgado en esa comunidad.
Bimsoils compression-consolidation behavior
(Pontificia Universidad Javeriana) Clavijo Rincon, Andres Horacio; Ramos Cañon, Alfonso Mariano; Prada Sarmiento, Luis Felipe; Larrahondo Cruz, Joan Manuel; Hugo Alexander, Rondón Quintana
The compressional behavior of Block in Matrix (BIM) soils and its considerations on constitutive modeling analysis is unclear so far. Although several researchers have carried out studies on this type of soils mainly focused on characterizing their physical properties and on the strength parameters, publications related to compressibility and Time to end Primary consolidation of heterogeneous mixtures including blocks is scarce. This thesis presents the analysis of oedometric tests results of heterogeneous soils performed on mixtures of kaolin, sand, and water in different proportions by weight and glass spheres in proportions by volume. Detailed equations describing phase intergranular void ratio relationships were developed including all the components considered. The thesis presents a brief description of oedometric devices, materials characterization, and the sample reconstitution procedure. As a result of the experimental work new empirical models are proposed to give a detailed description of the influence of Fines Content, Volumetric Block Percentage, and blocks size, on the slopes of compressibility curves and time to end primary consolidation.
Uso de concreto de Ultra-alto desempeño reforzado con fibra como alternativa en la rehabilitación de un pavimento flexible
(Pontificia Universidad Javeriana) Vacca Gamez, Hermes Ariel; Alvarado Vargas, Yezid Alexander; Serna Ros, Pedro; Fernández Gómez, Wilmar Dario; Ulloa Mayorga, Vivian Andrea
La rehabilitación de pavimentos flexibles o rígidos con sobrecarpetas de concreto hidráulico o recubrimientos con concreto delgado o ultradelgado, es una técnica mundialmente reconocida y aplicada, con el fin de incrementar el desempeño estructural de un pavimento. No obstante, estas metodologías de rehabilitación han venido evaluando la incorporación de nuevos materiales que buscan incrementar la seviciabilidad y funcionalidad de los pavimentos. Por lo tanto, el propósito de esta investigación fue evaluar el uso de Concreto de Ultra-Alto Rendimiento reforzado con fibras de acero (UHPFRC) con la aplicación de una capa ultrafina como capa de rodadura en la rehabilitación de pavimentos flexibles. El desarrollo metodológico de esta investigación se enmarcó en cinco principales subtemas. El primero, correspondió a la determinación de una mezcla de UHPFRC óptima para la aplicación en pavimentos. Para lo cual se formularon varias dosificaciones a partir de una mezcla UHPFRC de referencia hasta obtener rangos de trabajabilidad y reología ideales para instalar en secciones de pavimento con pendientes diferentes de cero. El segundo, evaluó el efecto del método de vaciado en la distribución y orientación de la fibra metálica en una mezcla de UHPFRC autonivelante y una mezcla de UHPFRC de alta tixotropía para la instalación en pavimentos. La distribución y orientación fue determinada a partir del procesamiento de imágenes, el cual se relacionó con el desempeño a flexión para los diferentes métodos de vaciado en la fabricación de losas de UHPFRC. Los resultados indicaron que la distribución para las mezclas de estudio fue homogénea en un espesor de 50 mm, incluso independiente del método de vaciado. Además, se determinó que el método de vaciado influye en la orientación de la fibra y en consecuencia afecta el comportamiento a flexión. El tercero, danto continuidad a los resultados obtenidos en los capítulos anteriores, se determinó el comportamiento a fatiga de una mezcla de UHPFRC autonivelante y otra tixotrópica, controlando características de vaciado, hallando desempeño superior a otras familias de concretos. El cuarto subtema, determinó el efecto de las condiciones ambientales en la contracción temprana para diferentes espesores de UHPFRC, encontrando que los diferenciales de temperatura medidos en las losas de estudio no produjeron deformaciones superiores a las deformaciones admisibles por flexión del material. Finalmente, se evaluó el proceso constructivo y el desempeño estructural de una sobrecarpeta de UHPFRC como alternativa en la rehabilitación de un pavimento flexible con espesor promedio de 40 mm mediante una prueba acelerada de pavimento. Los resultados obtenidos luego de un millón de ciclos de aplicación de carga (eje de 80kN) en la estructura de pavimento, indicaron que el desempeño de la sobrecarpeta de UHPFRC estaba en el 45% de su capacidad mecánica al comparar con los resultados del material en el laboratorio, incluso luego de presentar una deflexión instantánea promedio de 20 mm.
Análisis de elementos fonéticos y elementos emocionales para predecir la polaridad en fuentes de microblogging
(Pontificia Universidad Javeriana) Puertas Del Castillo, Edwin Alexander; Alvarado Valencia, Jorge Andres; González Rivera, Rafael Andrés; Díaz Romero, Camilo Enrique; Montes y Gómez, Manuel
Actualmente, la detección de polaridades en textos escritos se orienta a los niveles léxico, sintáctico y semántico de los niveles lingüísticos. La presente tesis doctoral busca realizar un aporte a la comprensión de la información de cualquier contexto para interpretar su polaridad de manera automática, detectando características en los niveles léxico, sintáctico, semántico y fonológico de los textos que permitan representar la polaridad en lenguaje natural. Esta investigación se fundamenta en la ciencia del diseño mediante el uso de un artefacto de software, con el propósito de analizar el aporte a la predicción de la detección de polaridad en fuentes de microblogging de los elementos fonéticos (fonemas, fonestemas) y elementos emocionales diferentes a la valencia (arousal/dominance), mediante la utilización de la correlación de cada uno de los elementos en un diseño experimental. El análisis se valida a través del conjunto de datos de la tarea de SemEval-2018 Task 1 V-oc, el cual nos brinda las características necesarias para analizar los elementos fonéticos y emocionales de los textos en fuentes de microblogging. Los resultados permiten determinar la polaridad utilizando la unión de elementos léxicos, semánticos, fonéticos y emocionales con una medida F1 cercana al 80%. Esta investigación utiliza, utiliza las conexiones simbólicas del sonido para representar y modelar el sonido en el significado con el apoyo de los elementos emocionales como arousal y dominance para la clasificación de los textos en español e inglés. Así mismo, se puede utilizar dichos elementos para determinar la polaridad de textos en fuentes microblogging.
Modelación de procesos de interacción y fijación de metales pesados en interfaces biológicas
(Pontificia Universidad Javeriana) Torres Ladino, Omar Ernesto; Gonzalez Jimenez, Edgar Emir
La contaminación ambiental generada por el uso indiscriminado de plomo es hoy uno de los principales problemas de salud pública que más impacta a la sociedad, debido a su alta toxicidad, bioacumulación y biomagnificación en la cadena alimenticia y en el cuerpo humano. En este trabajo se desarrolla una vigilancia tecnológica para entender la movilización del metal en peces. Posteriormente se desarrolla una simulación computacional mediante modelo CGMD para entender el proceso de adsorción del elemento sobre la membrana de células MRC en competencia con iones de calcio. Este trabajo es de gran importancia porque permite la comprensión de procesos de interacción y adsorción de metales pesados en superficies biológicas, así como la determinación de valores de bioacumulación y factores de riesgo para la salud humana. Además, permite establecer correlaciones de alto valor sobre exposición, seguridad alimentaria, ciclo de vida de diferentes fases orgánicas e inorgánicas del plomo, movilidad y retención entre otros aspectos.
Agricultural monitoring system using images through a LPWAN network
(Pontificia Universidad Javeriana) Chaparro Becerra, William Fabián; Perez Cerquera, Manuel Ricardo
Internet of things (IoT) has turned into an opportunity to connect millions of devices through communication networks in digital environments. Inside IoT and mainly in the technologies of communication networks, it is possible to find Low Power Wide Area Networks (LPWAN). Within these technologies, there are service platforms in unlicensed frequency bands such as the LoRa Wide Area Network (LoRaWAN). It has features such as low power consumption, long-distance operation between gateway and node, and low data transport capacity. LPWAN networks are not commonly used to transport high data rates as in the case of agricultural images. The main goal of this research is to present a methodology to transport images through LPWAN networks using LoRa modulation. The methodology presented in this thesis is composed of three stages mainly. The first one is image processing and classification process. This stage allows preparing the image in order to give the information to the classifier and separate the normal and abnormal images; i.e. to classify the images under the normal conditions of its representation in contrast with the images that can represent some sick or affectation with the consequent presence of a particular pathology. For this activity. it was used some techniques were used classifiers such as Support Vector Machine SVM, K-means clustering, neuronal networks, deep learning and convolutional neuronal networks. The last one offered the best results in classifying the samples of the images. The second stage consists in a compression technique and reconstruction algorithms. In this stage, a method is developed to process the image and entails the reduction of the high amount of information that an image has in its normal features with the goal to transport the lowest amount of information. For this purpose, a technique will be presented for the representation of the information of an image in a common base that improves the reduction process of the information. For this activity, the evaluated components were Wavelet, DCT-2D and Kronecker algorithms. The best results were obtained by Wavelet Transform. On the other hand, the compres- sion process entails a series of iterations in the vector information, therefore, each iteration is a possibility to reduce that vector until a value with a minimum PSNR (peak signal to noise ratio) that allows rebuilding the original vector. In the reconstruction process, Iterative Hard Thresholding (IHT), Ortogonal MAtching Pur- suit (OMP), Gradient Projection for Sparse Reconstruction (GPSR)and Step Iterative Shrinage/Thresholding (Twist) algorithms were evaluated. Twist showed the best performance in the results. Finally, in the third stage, LoRa modulation is implemented through the creation of LoRa symbols in Matlab with the compressed information. The symbols were delivered for transmission to Software Defined Radio (SDR). In the receptor, a SDR device receives the signal, which is converted into symbols that are in turn converted in an information vector. Then, the reconstruction process is carried out following the description in the last part of stage 2 - compression technique and reconstruction algorithms, which is described in more detailed in chapter 3, section 3.2. Finally, the image reconstructed is presented. The original image and the result image were compared in order to find the differences. This comparison used Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) feature in order to get the fidelity of the reconstructed image with respect of the original image. In the receptor node, it is possible to observe the pathology of the leaf. The methodology is particularly applied for monitoring abnormal leaves samples in potato crops. This work allows finding a methodology to communicate images through LPWAN using the LoRa modulation technique. In this work, a framework was used to classify the images, then, to process them in order to reduce the amount of data, to establish communication between a transmitter and a receiver through a wireless communication system and finally, in the receptor, to obtain a picture that shows the particularity of the pathology in an agricultural crop.
Desarrollo de un sistema para detección molecular de mercurio en peces
(Pontificia Universidad Javeriana) Diaz García, Jorge Luis; González Jiménez, Edgar Emir
El sistema diseñado, permite detección de Hg2+ en muestras de tejido branquial de peces, aún en bajas concentraciones. La variación en la intensidad fluorescente mostrada en los resultados, esta relacionada con el cambio en la concentración de Hg2+ Los cambios de color producidos por las variaciones de concentraciones de Hg2+, se evidencian en análisis RGB, para los colores verde y rojo según los filtros y cromatogramas del software de análisis de imagen utilizado. El sistema diseñado para detección de Hg2+, funciona en tejido branquial de peces, como un sensor molecular fluorescente tipo On-Off.
Estigmas del maíz como sustrato para remoción de mercurio en aguas contaminadas
(Pontificia Universidad Javeriana) Acuña Sastoque, Yesid Alejandro; González Jiménez, Edgar Emir; Bernal Jácome, Luis Armando; Díaz Lagos, Mercedes; Obregón Neira, Nelson
Uno de los problemas prioritarios de mayor impacto a nivel mundial es la reducción de la disponibilidad de agua potable para consumo y saneamiento básico. La quema de combustibles fósiles y la gestión inadecuada de los desechos de los procesos industriales y extractivos han favorecido un aumento de la concentración de mercurio en fuentes de agua. El diseño de nano-filtros usando materiales biodegradables es un área de estudio de creciente interés por los beneficios que muestran estos materiales, entre los que se destacan: su origen de fuentes no contaminantes o residuos agrícolas, bajo costo, biodegradabilidad, reducido impacto ambiental y alta compostabilidad. En este trabajo, se utilizaron estigmas de maíz provenientes de desechos de la actividad agrícola como sustrato para remoción de mercurio en aguas contaminadas. Estudios de caracterización morfológica, estructural y fisicoquímica demostraron propiedades favorables para remover mercurio en medio acuoso en un 96.3% para concentraciones de 100ppb en agua desionizada. De acuerdo con los resultados obtenidos para el ensayo de adsorción se evidencia mejor ajuste a la forma lineal con un ajuste por mínimos cuadrados de 0.9642 y constante K de 0.8531. Así mismo, el factor de separación tiene un valor que oscila entre 0 y 1 lo que sugiere una isoterma favorable. La isoterma que presenta mejor ajuste es la de Kelvin (0.9642) y esto obedece probablemente al uso de concentraciones relativamente bajas en los experimentos. La cinética de adsorción observada en el ensayo muestra que los primeros 25 minutos de interacción pueden ser caracterizados a través de un modelo de pseudo segundo orden linealizado.
El comportamiento, los conflictos de tráfico y los factores asociados con la accidentalidad de los motociclistas en las intersecciones de las vías de Cartagena
(Pontificia Universidad Javeriana) Ospina Mateus, Holman; Quintana Jimenez, Leonardo A.; López Valdés, Francisco José; González Neira, Eliana Maria; Bocarejo Suescun, Juan Pablo; Sánchez Merchante, Luis Francisco; Carnicero López, Alberto
La accidentalidad vial en motociclistas corresponde a más del 28% de las fatalidades a nivel global. En Colombia, los accidentes de motociclistas registran en promedio más de 3.000 fatalidades y 20.000 víctimas heridas anualmente, ubicando al país en la décima posición a nivel mundial, la tercera en América, segunda en Suramérica y sexta en países de ingresos medios. La presente investigación fue desarrollada en Cartagena (Colombia), donde la accidentalidad en motociclistas representa más del 50% de víctimas fatales y heridas. Cartagena se ha ubicado entre las siete ciudades más peligrosas para los motociclistas en los últimos años, donde circulan aproximadamente más de 75.000 y alrededor del 65% se dedica al Mototaxismo. El objetivo del estudio es identificar los factores asociados a la seguridad vial de los motociclistas en las intersecciones de Cartagena por medio de la observación del comportamiento y el análisis de los conflictos de tráfico, para la predicción de los riesgos potenciales de accidentes viales. La investigación inicio analizando los problemas de seguridad vial en los motociclistas en el contexto, para luego focalizar los lugares más críticos con la función de rendimiento de seguridad (SPF). Adicionalmente, se desarrolló un análisis del comportamiento vial, adaptando el instrumento MRBQ (Motorcycle Rider Behaviour Questionnaire). El proceso observacional de comportamientos y conflictos viales se efectuó en intersecciones de tres ramales (10) y cuatro ramales (7). 36 horas fueron registradas y analizadas con variables observacionales apoyado de la Técnica de Conflictos de Tráfico. Los resultados evidenciaron a las intersecciones no semaforizada como las zonas más propensas en accidentes viales para los motociclistas. El modelo SPF permitió identificar que el número de intersecciones, el volumen del flujo de motociclistas, tipo de zona y vía son factores asociados para predecir la accidentalidad de motociclistas. El instrumento MRBQ permitió identificar en los mototaxistas que los años de experiencia, los errores de control y tráfico reportados fueron factores significativos para estar involucrado en accidentes y cuasi-accidentes. En el análisis observacional y de conflictos viales, se identificaron factores en la seguridad vial de los motociclistas, desde la infraestructura (visibilidad al acceso y las deficiencias de las vías) y aspectos operacionales (horarios pico y flujo vehicular elevado). Los motociclistas jóvenes/adultos jóvenes, así como la práctica del Mototaxismo fueron los más involucrados en conflictos viales. Se identificaron conductas inseguras en los motociclistas tales como el exceso de velocidad, no detenerse en la intersección, contrarias, observación de ingreso, adelantamientos e intenciones arriesgadas. Finalmente, los hallazgos contribuyeron a definir un conjunto de propuestas y contramedidas en beneficio de la seguridad vial de los motociclistas en Cartagena.
Estudio numérico del surgimiento de inestabilidades en materiales granulares
(Pontificia Universidad Javeriana) Leguizamón Barreto, Luis Carlos; Ramos Cañón, Alfonso Mariano; Ramos Cañón, Alfonso Mariano; Andrade Loor, José E.; Fuentes Lacouture, William Mario; Larrahondo Cruz, Joan Manuel
Este trabajo considera una amplia base de análisis teóricos y simulaciones numéricas con el propósito de profundizar en el conocimiento del proceso de pérdida de estabilidad mecánica en materiales granulares. De esta manera, se pretende comprender los mecanismos de surgimiento de los diferentes tipos de inestabilidad y la aparición final de los modos de falla difusa y localizada. Entre los diferentes aspectos relacionados con el problema de aparición de la falla material, a tener en cuenta para evaluar la conexión con el proceso de inestabilidad, se consideran la relación de vacíos y el estado de esfuerzo iniciales, la variabilidad espacial del material, la relación entre las trayectorias de esfuerzos y la evolución de la anisotropía de fábrica, los cuales inciden en la tendencia contractante-dilatante del material, además de su condición de drenaje.Por primera vez es propuesto un marco unificado de inestabilidad en condición multiaxial, lo que permite establecer que la falla material obedece a un esquema evolutivo de eventos de inestabilidad. Con este enfoque se puede detectar el surgimiento de los procesos de inestabilidad bajo cualquier condición de dilatancia y de drenaje del material granular, a través del seguimiento del comportamiento de variables de estado elastoplásticas tales como el módulo de endurecimiento generalizado y los coeficientes de dilatancia y fricción.
Arquitectura de radio cognitiva para servicios masivos de IoT con acceso dinámico al espectro
(Pontificia Universidad Javeriana) Espinosa Buitrago, Mónica; Pérez Cerquera, Manuel Ricardo; Gómez Barquero, David; Betancur Agudelo, Leonardo; Jaramillo Ramírez, Daniel
En esta investigación se propone una arquitectura cognitiva para servicios masivos de Internet de las cosas sobre Huecos Espectrales en Televisión. La propuesta seleccionó la banda de frecuencia de TVWS como la mejor para enfrentar el reto de escasez de espectro radioeléctrico para servicios masivos de IoT. La arquitectura provee la lista de canales disponibles a dispositivos IoT y tiene restricciones de Calidad de servicio (QoS). Definimos un mecanismo de acceso novedoso que se basa en políticas regulatorias al interactuar con TVWS Geolocation Base de datos (GLDB) a través del Protocolo de acceso a espacios en blanco (PAWS) para proporcionar la lista de canales disponibles para dispositivos IoT. Con respecto a restricciones de QoS, exploramos diferentes tipos de implementaciones y referencias áreas de cobertura considerando un modelo de probabilidad de pérdida de paquetes. Además, la investigación describe el proceso de optimización para obtener la máxima área de servicio mientras se mantiene una probabilidad de interrupción por debajo de un objetivo dado. Además, aplicamos un mecanismo de macro-diversidad para mejorar la probabilidad de pérdida de paquetes con respecto a nuestra propuesta y una topología con un solo dispositivo maestro. Podemos evidenciar que la probabilidad promedio de pérdida de paquetes es reducido en 26% cuando la carga es igual al 80% en nuestra propuesta.
Modelo integral de sostenibilidad para la mejora de la gestión ambiental y procesos productivos en pequeñas y medianas empresas
Vasquez Aguilar, Jenifer Yoris; Aguirre Mayorga, Hugo Santiago; Van Hoof, Bart; Rincón García, Nicolas; Rauch, Erwin; Simeone, Alessandro; Monostori, Laszlo
Los problemas ambientales y el agotamiento de los recursos naturales es una preocupación en el mundo, que aún no ha tenido una total solución. Estas problemáticas ambientales han repercutido negativamente en la población y en el desarrollo económico de cualquier país. Siendo el sector industrial una de las mayores fuentes de contaminación. Este estudio esta enfocado en las pequeñas y medianas empresas (Pymes) que son el motor productivo en los países emergentes. Se estima que el impacto negativo que puede generar un pequeño negocio no es evidente, pero al considerar que este sector ocupa el 90% de la economía de un país la agudización de la contaminación medioambiental por las actividades comerciales, industriales y de servicio contribuyen significativamente al conjunto global de las dificultades ambientales, sociales y económicas. Por consiguiente, las Pymes poseen un papel importante al adoptar prácticas sostenibles y respetuosas al fin de reducir los impactos negativos en el ecosistema. La adopción de la sostenibilidad esta relacionado con la aplicación efectiva de prácticas y herramientas ambientales que deben ser incorporadas en las estrategias y objetivos internos de la organización, es decir, considerar la sostenibilidad ambiental como una prioridad en todos los aspectos del negocio. Sin embargo, al reunir la bibliografía y literatura pertinente relacionada con la temática de estudio, se analiza que en diversas publicaciones existen múltiples modelos sostenibles diseñado para el sector industrial, pero son escasos los estudios investigativos que evalúan y exploran los componentes sociales, ambientales, económicos y tecnológicos de manera integral en las Pymes. Por tal razón, con el fin de comprender a profundidad la adopción de la sostenibilidad de las Pymes en Colombia, esta investigación esta enmarcada en analizar el estado actual de los pequeños negocios frente al desafío de responder al logro de la sostenibilidad corporativa. En este sentido, esta investigación propone desarrollar un modelo de sostenibilidad integral para las PYMES (ISM-S), enmarcado en un sistema de gestión ambiental destinado a mejorar los indicadores económicos, minimizar los impactos ambientales negativos y hacer que sus empleados adopten un comportamiento más sostenible y responsable. Dicho modelo desarrollado en esta tesis doctoral, de esta enfocado en el análisis de los factores relacionados con el sistema de gestión para la toma de decisiones, herramientas y estrategias sostenibles, responsabilidad social y gestión del conocimiento, y convergencia tecnológica. Así mismo, comprende el análisis de madurez sostenible a través del desarrollo de un modelo de clasificación de madurez que es evaluado por medio de la analítica de datos y algoritmos de clasificación supervisados, y un modelo de simulación predictiva que permite examinar una secuencia de eventos cambiantes que pueden ser objeto de un análisis probabilístico a medida que la empresa atraviesa diferentes escenarios para lograr la sostenibilidad. En resumen, esta investigación esta guiada por un marco conceptual, los métodos de estadística descriptiva, analítica de datos, y modelos predicción estocástica. Adicional, el modelo ISM-S fue evaluado cuantitativamente en diferentes sectores productivos de Pymes de Colombia. Los resultados, logran detectar que este sector posee ciertas barreras internas y externas que afectan a la adopción de prácticas en el contexto nacional careciendo de estrategias ambientales, sociales, económicas, y tecnológicas. Por consiguiente, la muestra de empresas evaluadas se encuentra en una posición de clasificación de madurez entre un “nivel 2” denominado incipiente y un “nivel 3” denominado en desarrollo (siendo 1 un nivel inicial y 4 un nivel consolidado). Estos resultados también demuestran que, al predecir el comportamiento de las Pymes colombianas en un periodo de cinco años, diferentes sectores productivos aún no lograrían llegar a un máximo nivel. Las conclusiones de esta tesis permiten demostrar que esta investigación es uno de los primeros estudios empíricos que analiza de forma integral diversos factores sostenibles, y a la vez analiza el comportamiento de las Pymes en Colombia frente a ellos, por consiguiente, el marco desarrollado en esta investigación puede utilizarse como base para su aplicación en en los planes de desarrollo regionales. También será un instrumento valioso interno en las empresas para la evaluación y el seguimiento de los indicadores económicos, que permitan minimizar los impactos ambientales negativos y hacer que sus empleados adopten un comportamiento más responsable. Así pues, esta investigación constituye una plataforma para investigaciones futuras que deseen mejorar el análisis de otros factores que no fueron tenidos en cuenta, se realice comparaciones entre las Pymes en distintas regiones de Latinoamérica que permita determinar similitudes o diferencias en cuanto al logro del desarrollo sostenible, y sirva como marco teórico para orientar otras metodologías de investigaciones futuras.
A framework for traffic risk management using deep learning and computer vision techniques
(Pontificia Universidad Javeriana) Wilches Pérez, Carlos Andrés; Parra Rodríguez, Carlos Alberto; Quiroga Sepúlveda, Julián Armando
Las ciudades ampliamente urbanizadas tienen múltiples factores que contribuyen a aumentar el riesgo de accidentes de tráfico. Entre ellos, Bogotá ha invertido en desarrollar una red de cámaras de monitoreo de tráfico y un centro de gestión para minimizar la ocurrencia de accidentes. Con los avances en visión por computador y deep learning, se pueden aplicar métodos para adquirir información del tráfico más rápido y mejor que con la supervisión humana. Este proyecto propone una metodología para estimar el riesgo de tráfico de eventos conflictivos y medidas sustitutas de seguridad, utilizando técnicas de última generación de detección y seguimiento de objetos. Primero, se presenta un método de calibración de la cámara, basado en la estimación de puntos de fuga. A continuación, se evalúan las técnicas de detección y seguimiento de objetos y se aplica un método de modelado de la escena, basado en la técnica de calibración, para estimar la proyección al plano de tierra de los objetos. Luego, se presentan los resultados en casos de identificación de eventos conflictivos y mediciones sustitutas de seguridad en el tráfico. Finalmente, se presentan las conclusiones del análisis de riesgos de tránsito, mostrando el potencial de la metodología propuesta en brindar información importante para tomar decisiones que conduzcan a mejorar la seguridad vial.
“Gestión del riesgo por inundaciones. Un metamodelo para el desarrollo de artefactos participativos” modelos integrados de sistemas socio-ecológicos : caso de estudio en la ecorregión de La Mojana (Colombia)
(Pontificia Universidad Javeriana) Villegas González, Paula Andrea; Obregón Neira, Nelson
Los análisis de riesgo por inundación en Colombia, se han enfocado en la modelación física de la amenaza y en la valoración de la vulnerabilidad física y social. Pero no se han integrado estos dos análisis en la evaluación del riesgo. El trabajo presentado hace énfasis, en la inclusión de los elementos sociales y el conocimiento de las comunidades, como base para la generación de modelos de evaluación del riesgo. Específicamente, se propone un modelo para hacer modelos, en el marco de procesos de participación local. Para esto se utiliza la metodología GAIA. Los artefactos desarrollados son: MOJANA, MOJANACOOP y MOJANAREAL, los cuales reflejan en su diseño los principales componentes del metamodelo. Las variables y procesos a modelar se representan a través de las reglas, que permiten integrar el fenómeno de la inundación y las características del sistema social. Para el desarrollo de los modelos se utiliza el caso de estudio de la ecorregión de la Mojana y se pudo concluir que las variables más importantes para analizar la vulnerabilidad social son: la condición de habitabilidad, las actividades productivas, los procesos de cooperación y, el acceso a la salud y educación de las comunidades locales. Para el caso específico de la ecorregión de la Mojana, la vulnerabilidad social es media y esta se encuentra relacionada con las formas de adaptación a los procesos de inundación
Novel data-driven control approaches : application in essential oil extraction processes
(Pontificia Universidad Javeriana) Valderrama Gutiérrez, Freddy Fernando; Ruiz Palacios, Fredy Orlando
En esta disertación se desarrollan nuevos métodos para el diseño de controladores a partir de datos para sistemas lineales, útiles cuando el modelo de planta no está disponible. Se han considerado dos aproximaciones: (1) conjuntos de membresía (SMT) y (2) la parametrización de Youla-Kucera (YKDDC). En SMT, el ruido se considera desconocido pero limitado y un criterio adecuado basado en datos se establece de acuerdo con el problema de ajuste a un modelo de referencia. Tal formulación permite establecer límites a los parámetros del controlador a través de técnicas de programación lineal. El enfoque SMT ha sido experimentalmente validado en un sistema de suspensión activa a través de un experimento de Monte-Carlo, y se ha comparado con metodología VRFT. Por otro lado, el modelado y el control de los procesos de extracción de aceites esenciales se estudian exhaustivamente. Se proponen estrategias para una operación óptima de extracción y regulación de la temperatura. Un calentador óhmico a escala de laboratorio se ha diseñado y construido, el cual es capaz de extraer el aceite esencial de 100 [g] de masa vegetal (hierba aromática). Las características seleccionadas del destilador permitieron obtener cantidades medibles de aceite de eucalipto, todo con el fin de obtener las curvas de extracción cinética. Los resultados experimentales indican que nuestra trayectoria óptima de potencia de calentamiento permite importantes ahorros de energía, manteniendo un rendimiento estadísticamente igual al rendimiento con una entrada de potencia constante. Además, el enfoque propuesto de YK-DDC se aplica para la regulación de la temperatura.
Estudio de bioacumulación de metales pesados en plantas de consumo humano para sensado molecular In situ
(Pontificia Universidad Javeriana) Reyes Roa, Yulieth Catherine; González Jiménez, Edgar Emir
Inicialmente, se realizó una preselección de 4 especies vegetales (espinaca, hierbabuena, albahaca y zanahoria) las cuales fueron expuestas a diferentes metales (Hg, As, Cd y Pb) en cultivos de tierra y agua. De los resultados obtenidos se determinó el factor de bioacumulación (BCF) y el factor translocación (FT). También se realizó un análisis ANOVA no paramétrico Kruskal Wallis para determinar la influencia del Cd en la translocación de macronutrientes y micronutrientes en las plantas de albahaca. También, se propuso un modelo de transporte y bioacumulación del Cd en albahaca para establecer criterios útiles para el diseño y confección de protocolos y sistemas de detección de cadmio en plantas como la albahaca. Después, se presenta la ruta metodológica empleada para encontrar una configuración radiométrica fluorescente para detección de Cd2+ . Se muestra la preselección de fluoroforos, molécula y solvente. La caracterización de las propiedades radiométricas de cada fluoroforo se realizó mediante mediciones de absorbancia, emisión y excitación de fluorescencia. De los resultados obtenidos se seleccionó la mejor configuración radiométrica para la detección In situ del Cd2+ . Finalmente, se realizó un estudio previo para identificar el lugar de actuación para medición In situ. Se hizo caracterización por microscopía óptica y electrónica en las raíces de las plantas de albahaca, y se procedió a detección In situ de Cd en las raíces de plantas de albahaca. Finalmente, se determinó el rendimiento cuántico de la configuración radiométrica, así como su sensibilidad y especificidad del Cd en el protocolo de detección.
Effect of cyclist’s posture on performance and interaction with the bicycle
(Pontificia Universidad Javeriana) Polanco Aguilar, Alejandra Paola; Suárez Venegas, Daniel Ricardo; Doria, Alberto
Los ciclistas usualmente definen su postura considerando requerimientos de desempeño y confort. Sin embargo, al modificar la postura, los ciclistas deben balancear estos requerimientos ya que son competitivos entre sí. En esta investigación, se desarrolló una metodología de optimización para seleccionar la postura óptima de ciclistas considerando el mejor compromiso entre desempeño e interacción con la bicicleta. El desempeño se definió por medio del tiempo de carrera, el cual se estimó considerando la capacidad de entrega de potencia y fuerzas resistivas como la resistencia aerodinámica. La interacción con la bicicleta se caracterizó utilizando índices de presión y vibración. La metodología de optimización se implementó para seleccionar la altura de las aerobarras de cinco ciclistas en carreras de contrarreloj individuales de 20 km con diferentes inclinaciones de vía y velocidades de viento. Los resultados mostraron que la reducción de la altura de aerobarras mejoró el arrastre aerodinámico y empeoró la capacidad de entrega de potencia, y la presión y vibración en el sillín para los ciclistas medidos. Se observó que las vibraciones en el sillín constituyen la restricción más estricta para el ciclista limitando los tiempos viables de exposición, y en algunos casos, modificando los resultados de selección de postura. Se concluyó que la selección de la postura óptima debe realizarse para cada ciclista con su bicicleta y para cada condición de carrera ya que el resultado depende de estos factores.
Ingeniería territorial : modelo sistémico para la evaluación del impacto de la toma de decisiones en la planificación territorial
(Pontificia Universidad Javeriana) Perez Carvajal, Edwin Robert; Obregon Neira, Nelson
La presente tesis doctoral propone una apuesta para abordar la Planificación Territorial desde un enfoque apoyado en los sistemas socio-ecológicos, sistemas de alta complejidad donde interactúan fenómenos biofísicos y decisiones humanas, donde la ingeniería contribuye con el diseño de prospecciones territoriales desde la ingeniería de sistemas sociales, el desarrollo humano y la gobernanza por medio de un artefacto computacional que posibilite la conciliación de los procesos naturales, los fenómenos sociales y las relaciones entre los diferentes actores que conduzca a la exploración de instrumentos facticos como aporte de la ingeniería a una planificación territorial ética y responsable. Para lo anterior se realiza primero una breve revisión del ordenamiento territorial en Colombia, luego la descripción del enfoque sistémico propuesto y finalmente se plantea el MBA ISASHII aplicado a la solución de variados problemas en Bogotá.
A framework for flexible loads aggregation
(Pontificia Universidad Javeriana) Diaz Londoño, Cesar Eduardo; Ruiz Palacios, Fredy Orlando; Gianfranco, Chicco; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Mazza, Andrea
Las redes eléctricas inteligentes están integrando fuentes de generación renovable, lo cual puede producir desbalances en la red eléctrica debido a variaciones en la radiación solar. Se proponen programas de Respuesta de la Demanda (RD) para reducir los desbalances. La gestión de cargas flexibles mediante agregadores se propone para proveer servicios complementarios en RD. En esta tesis, se propone un marco para agregadores desarrollando modelos de cargas flexibles y estructuras de control directo de carga capaces de proveer servicios complementarios. El marco considera una metodología para que las cargas presenten servicios y se evalúa en Sistemas de Elevación de Presión de Agua (SEPA), unidades de Refrigeración TermoEléctrica (RTE), y cargadores de Vehículos Eléctricos (VE). Primero, se estima un modelo dinámico del SEPA y se sintoniza con datos experimentales. Se propone un agregador de SEPA para ofrecer servicios de reserva rodante. Segundo, se estima un modelo dinámico de la RTE y se caracteriza con datos experimentales. Se propone un agregador de RTE capaz de ofrecer reserva de contención de frecuencia. Tercero, se desarrolla un modelo dinámico de un cargador de VE, y se propone un agregador de cargadores de VE que busca minimizar el costo mientras maximiza la flexibilidad. El agregador puede ofrecer servicios de reserva rodante, y participar en mercados del día siguiente y de tiempo real. Se formula una definición de flexibilidad para cargadores de VE. Los resultados muestran la validación de los agregadores por medio de simulaciones, cumpliendo los tiempos y capacidades solicitadas por el operador del sistema.
Assist-as-needed exoskeleton for post-strokehand rehabilitation
(Pontificia Universidad Javeriana) Castiblanco Sánchez, Jenny Carolina; Colorado Montaño, Julián David; Mondragón Bernal, Iván Fernando
El desarrollo del trabajo doctoral tiene cuatro etapas de desarrollo: i) estudio de la biomecánica de la mano y el sistema robótico utilizado en la rehabilitación del movimiento para definir los criterios de la estructura mecánica y del sistema. ii) Modelo del sistema robótico y construcción de dos bases de datos. El primero consiste en el modelo matemático utilizado como planta en los escenarios de simulación, y el segundo son las señales bioeléctricas y de movimiento utilizadas para calcular la clasificación de los modelos y realizar las pruebas al sistema completo. iii) Análisis de las señales mioeléctricas para detectar la intención de movimiento del sujeto y niveles de condición muscular. Se implementaron varias técnicas de reconocimiento de patrones para analizar las características y encontrar el modelo de clasificación con mejor desempeño. Ambos modelos son utilizados en el esquema del lazo cerrado propuesto en esta tesis. iv) El esquema de asistencia de lazo cerrado consiste en los módulos de aprendizaje, asistencia y seguimiento activo. El trabajo está dirigido a incluir la medición de la capacidad del sujeto para modular la asistencia dada por el exoesqueleto y manejar la posición de este. v) Los experimentos tienen como objetivo cuantificar el desempeño de la clasificación utilizando señales EMG de los pacientes, la modulación de la asistencia, y demostrar la hipótesis de proveer asistencia física específica a los requerimientos individuales a través de la modulación apropiada de la velocidad del robot
Parametric description of driving behavior when using automotive Head-Up Displays systems with combiner covering limited areas
(Pontificia Universidad Javeriana) Betancur Ramírez, José Alejandro; Merienne, Frédéric; Suárez Venegas, Daniel Ricardo
Eco-Driving planification profile for electric motorcycles
(Pontificia Universidad Javeriana) Bello Ceferino, Cristhian Yesid; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Laruci, Cherif
Los perfiles de Eco-Driving son algoritmos capaces de utilizar información adicional para crear recomendaciones o limitaciones sobre las capacidades del conductor. Aumentan la autonomía del vehículo, pero actualmente su uso no está relacionado con la autonomía requerida por el conductor. Por esta razón, en este trabajo, el desafío de la conducción ecológica se traduce en un controlador óptimo de dos capas diseñado para vehículos eléctricos puros. Este controlador está orientado a asegurar que la energía disponible sea suficiente para completar un viaje demandado, agregando límites de velocidad para controlar la tasa de consumo de energía. Se exponen y analizan los modelos mecánicos y eléctricos requeridos. La función de costo está optimizada para corresponder a las necesidades de cada viaje de acuerdo con el comportamiento del conductor, el vehículo y la información de la trayectoria. El controlador óptimo propuesto en este trabajo es un controlador predictivo de modelo no lineal (NMPC) asociado a una optimización unidimensional no lineal. La combinación de ambos algoritmos permite aumentar alrededor de un 50% la autonomía con una limitación del 30% de las capacidades de velocidad y aceleración. Además, el algoritmo es capaz de asegurar una autonomía final con un 1,25% de error en presencia de ruido de sensor y actuador.
Estrategias descentralizadas y adaptativas para la eliminación selectiva de armónicos en el control de convertidores multinivel
(Pontificia Universidad Javeriana) Vivert Del Pino, Miguel Emilio; Díez Medina, Rafael Fernando; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Cousineau, Marc
Este trabajo consta de dos secciones relevantes. La primera sección propone un control descentralizado para los convertidores multi-nivel. Para el diseño del mismo se plantea un modelo generalizado de los convertidores multi-celulares, basándose en los modelos de los convertidores de capacitores flotantes, convertidor multi-nivel de puentes H en cascada y convertidor de multi-phase Buck. Con ese modelo generalizado se plantea el control que consta de 3 partes: Un sistema de derivación, un control de balance de las celdas de los convertidores y un regulador de la variable de salida. El trabajo presenta resultados de simulación y experimentación con los convertidores de capacitores flotantes y de puentes H en cascada, perturbando el voltaje de entrada, insertando una celda y perturbando la resistencia de carga, obteniéndose resultados favorables y en concordancia entre la teoría, la simulación y la experimentación. La segunda parte de la tesis consiste en un controlador para un inversor multi-nivel simétrico de puentes H en cascada de 9 niveles con la modulación de Eliminación Selectiva de Armónicos. Este controlador regula la componente fundamental y elimina las armónicas 3,5 y 7 cuando existen perturbaciones en las fuentes de entrada o cambios en la resistencia de carga. Este controlador es validado tanto en simulación como en experimentación con dos tests, insertando una carga de 200 W y cambiando una fuente de entrada. obteniéndose resultados favorables y en concordancia entre simulación y experimentación. Finalmente, conclusiones y trabajos futuros son detallados.
Methodology for identifying the key and enough factors for achieving objectives in sewer asset management
(Pontificia Universidad Javeriana) Hernández Rodríguez, Nathalie; Torres Abello, Andrés Eduardo; Penagos, Gabriel Ignacio; Rodríguez, Juan Pablo; Leitao, Joäo P.; Saegrov, Sveinung
El principal objetivo de la tesis doctoral fue desarrollar una metodología para determinar los factores suficientes y necesarios para alcanzar objetivos específicos en la gestión patrimonial de alcantarillados, teniendo en cuenta la cantidad y calidad de la información disponible. El documento consta de cuatro partes: Parte A consiste en el marco teórico de los principales conceptos, pruebas, métodos, y métricas utilizados como base para desarrollar la metodología propuesta; Parte B contiene la descripción de los materiales (casos de estudio y herramientas computacionales) y los argumentos científicos de los modelos escogidos para desarrollar la metodología propuesta; Parte C es la más importante parte del documento, ya que describe las herramientas desarrolladas que apoyan la gestión patrimonial de alcantarillados y la metodología propuesta; y por último Parte D ilustra los resultados de las herramientas desarrolladas y la aplicación de la metodología propuesta a dos casos de estudio (Bogotá y Medellín). Las principales contribuciones de la tesis doctoral son: (i) una metodología basada en redes bayesianas para seleccionar un modelo rentable para apoyar la gestión patrimonial de activos como una herramienta de selección de atributos; (ii) métricas de desempeño vinculadas con objetivos en gestión patrimonial de alcantarillados; (iii) una metodología de optimización para modelos basados en aprendizaje de máquina para encontrar los hiper-parámetros óptimos para alcanzar objetivos de gestión; y finalmente (iv) la construcción de modelos de deterioro basados en diferentes métodos estadísticos y de aprendizaje de máquina en diferentes casos de estudio evaluado las predicciones a partir de diferentes perspectivas.
A framework for multimodal wireless sensor networks
(Pontificia Universidad Javeriana) Aranda López King, Juan Manuel; Méndez Chaves, Diego; Carrillo Lindado, Henry David; Nolte, Jörg; Calle Torres, María Gabriela; Perez Cerquera, Manuel Ricardo
Experimental evaluation of the use of batteries in photovoltaic water pumping systems under varying irradiance conditions
(Pontificia Universidad Javeriana) Ávila Urueña, Alberto David; Díez Medina, Rafael Fernando
Este trabajo es un estudio experimental acerca de los efectos, sobre la eficiencia energética, del uso de baterías en un sistema de bombeo de agua que es alimentado por energía solar fotovoltaica, en un lugar donde el clima tiene un gran impacto en la regularidad de esta fuente de energía. En esta investigación, proponemos estudiar los efectos del uso de baterías comparándolas con los sistemas de bombeo que no las tienen, incluyendo dos modos de operación, velocidad constante y velocidad variable; todo esto, bajo condiciones climáticas que son representativas de la región de interés. Para hacer una comparación válida entre dichos sistemas es necesario mantener condiciones experimentales iguales y controladas en todas las pruebas. Por lo tanto, en los experimentos, prestamos especial atención a: el comportamiento del suministro de energía fotovoltaica, la carga impuesta al sistema y la construcción del prototipo del sistema de bombeo.
Sociomaterial design of coordination in knowledge sharing : a heritage KMS reference architecture
(Pontificia Universidad Javeriana) Nova Arévalo, Néstor Armando; Gonzalez Rivera, Rafael Andres
Human-Robot Scaffolding : Arquitectura BDI para el desarrollo de habilidades de solución de problemas
(Pontificia Universidad Javeriana) Páez Rodríguez, John Jairo; González Guerrero, Enrique
La participación asertiva de los robots sociales en educación debe considerar aspectos cognitivos y emocionales de los estudiantes. El documento presenta la arquitectura HRS-EDU diseñada para regular el comportamiento de un robot social en un ambiente de aprendizaje. Los conceptos como teoría psicológica del fluir, estrategia educativa de andamiaje y agentes de software fueron integrados para el diseño de la arquitectura del agente BDI (Creencias, Deseos, Intenciones). La implementación informática fue hecha en BDI-BESA; un entorno de desarrollo computacional del grupo de investigación SIRP de la Pontificia Universidad Javeriana e integrada al robot Baxter. Para la validación, tres fases fueron implementadas: control a distancia del robot mientras los sujetos resuelven el problema La Escalera, los sujetos intentan resolver el problema sin la ayuda del robot y el robot da soporte o andamiaje de manera autónoma a los sujetos durante la solución del problema. Las fases fueron desarrolladas con 50 niños con edades entre 10-14 años de tres colegios de Bogotá. Mediante métodos mixtos se analizaron las intervenciones de Baxter, las reacciones de los sujetos y el desempeño de la arquitectura. Los resultados indican que el diseño de metas BDI para el control del robot en las acciones que dan soporte emocional y cognitivo a los sujetos, fomenta el aprendizaje de estrategias de solución de problemas.
Biomarkers based on neuroimages to diagnose neurodegenerative diseases
(Pontificia Universidad Javeriana) Reyes Gavilán, Pablo Alexander; Rueda Olarte, Andrea del Pilar; Matallana Eslava, Diana Lucía
El objetivo de la tesis fue la generación de bíomarcadores cuantitativos basados en neuroimágenes para el estudio de la demencia. Por lo tanto, a través de la conectívidad global y estructural del cerebro sería posible construir biomarcadores para identificar las diferencias entre los controles sanos y los pacientes. Con la identificación de las redes cerebrales alteradas, además se entendería cómo la cognición y el comportamiento se alteran por estas enfermedades. Hemos analizado 160 imágenes de pacientes con demencia y controles sanos del Hospital Universitario San Ignacio, y hemos construido redes de conectívidad cerebral estructural por cada paciente. Todos los pacientes fueron diagnosticados por un grupo multidisciplinario en una clínica de memoria de acuerdo con directrices internacionales. Para este estudio se utilizaron imágenes estructurales y de difusión ponderada. Con respecto al procesamiento, tuvimos varios pasos: estimación del modelo, conectívidad estructural y análisis estadístico. Para analizar las diferencias entre las variantes de la demencia frontotemporal y los controles, se a analizo medidas topológicas de redes y estadísticas basadas en redes. Además, para medir el impacto de este método, hemos construido una página web con los principales resultados y hemos preguntado a expertos en demencia y neurorradiología sobre el impacto clínico y el uso de estos resultados. Los principales resultados mostraron la importancia de una evaluación sistemática con diferentes escalas para encontrar diferencias entre las variantes. Los calificadores expertos indicaron que la mejor manera de representar las redes de conectívidad eran las redes translúcidas o circulares de mapas cerebrales.
A self-healing framework for WSNs : detection and recovery of faulty sensor nodes and unreliable wireless links
(Pontificia Universidad Javeriana) Díaz Salas, Sergio Andrés; Méndez Chaves, Diego
Proponemos un marco conceptual para acoplar técnicas de auto-organización y técnicas de autocuración. A este marco se le llama de auto-curación y es capaz de hacer frente a enlaces inalámbricos inestables y nodos defectuosos. Dividimos el marco en dos componentes principales: la auto-organización y auto-curación. En el componente de auto-organización, nosotros construimos una topología de árbol que determine las rutas hacia el sumidero. En el componente de auto-curación, la topología del árbol se adapta a ambos tipos de fallas siguiendo tres pasos: recopilación de información, detección de fallas, y la recuperación de fallos. En el paso de recopilación de información, los nodos determinan el estado actual de la red mediante la recopilación de información de la capa MAC. En el paso de detección de fallas, los nodos analizan la información recopilada y detectan nodos/enlaces defectuosos. En el paso de recuperación de fallos, los nodos recuperan la topología del árbol mediante la sustitución de componentes defectuosos con redundantes (es decir, componentes de respaldo). Este marco permite una red con resiliencia que se recupera sin agotar los recursos de la red.
Aportes para el análisis y modelación en la gestión integrada de los recursos en Colombia, una perspectiva informacional
(Pontificia Universidad Javeriana) Cardona Almeida, César Antonio; Obregón Neira, Nelson
Existe un creciente consenso sobre la necesidad de enfocarse en los análisis integrados de sistemas y su utilidad en el manejo ambiental. Esta tesis hace una revisión de las herramientas para el análisis y la modelación de tipo integrado que deben enfrentar los gestores de los recursos naturales en Colombia. A partir de la indagación sobre las interrelaciones entre sociedad y recursos naturales, define un marco conceptual para el desarrollo de modelos a partir de los flujos y balances de materia energía e información. Para ello plantea en una hipótesis de producción de información en sistemas sociales y desarrolla un modelo dinámico de distribución de la población colombiana en los departamentos a partir del principio de máxima entropía.
New approaches to indirect demand response management in smart grids
(Pontificia Universidad Javeriana) Vuelvas Quintana, José Reinaldo; Ruiz Palacios, Fredy Orlando
La respuesta de la demanda ha surgido como una solución para dar forma a la curva de la demanda y balancear la red eléctrica. Particularmente, la gestión de la respuesta de la demanda indirecta se refiere a programas basados en la modificación de la carga y del comportamiento del consumidor a través de señales de precios o pagos de incentivos. En esta tesis, modelos son propuestos para analizar e integrar sistemas de respuesta de la demanda en redes eléctricas inteligentes. El trabajo es abordado en cuatro partes. Primero, el comportamiento racional de un consumidor bajo incertidumbre es cuantificado en programa de incentivos para horas picos. Segundo, un nuevo contrato de respuesta de la demanda entre un usuario y un agregador es propuesto para enfrentar problemas en los programas tradicionales. Este contracto es basado en la probabilidad de llamado, el cuál es el chance de un consumidor para ser seleccionado por un agregador, para servir como un recurso de respuesta de la demanda durante cierto periodo. Luego, otro contracto para vehículos eléctricos es presentado como una solución de respuesta de la demanda indirecta. Un modelo basado en precios es propuesto para gestionar el proceso de carga. Finalmente, a nivel de mercado, competencia entre generadores con presencia de respuesta de la demanda es propuesto. Una función inversa de demanda suave es diseñada para modelar preferencias del consumidor para respuesta de la demanda basada en incentivos.
Active shielding base don implicit and decentralized control
(Pontificia Universidad Javeriana) Quintana Soler, Ricardo Alonso; Patiño Guevara, Diego Alejandro
Esta tesis expone un nuevo método para aplicar sistemas de control activo de ruido tradicionales para generar zonas de silencio sin colocar sensores dentro. Primero, se demuestra la factibilidad de usar controladores lineales. Posteriormente, un nuevo concepto es definido, llamado control implícito, que es el caso cuando atenuar la presión acústica en un conjunto de posiciones también implica la reducción de presión en otros lugares. Esta propiedad es usada para controlar la presión en una zona de silencio deseada usando sensores sólo en el entorno de dicha zona. Para este esquema de control el número de sensores y actuadores implican un gran costo computacional. Para reducir las limitaciones computacionales, se propone el control descentralizado y una analogía desde la teoría de juegos, analizando el equilibrio de Nash como el valor de las señales de control después de convergencia.

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