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espanolEste articulo presenta una metodologia para el diseno optimo de Amortiguadores de Masa Sintonizada (AMS) para el control de la respuesta dinamica de edificios sometidos a cargas sismicas. El proceso de seleccion de los parametros optimos de diseno se realiza mediante un enfoque metaheuristico basado en Evolucion Diferencial (ED) la cual es una tecnica rapida, eficiente y precisa que no requiere grandes esfuerzos computacionales. El algoritmo tiene como objetivo reducir el desplazamiento de pico horizontal maximo de la estructura y tambien la media cuadratica (Valor eficaz) de desplazamientos. Adicionalmente, se estudian otras cuatro funciones objetivo derivadas de multiples combinaciones lineales ponderadas de los dos parametros mencionados anteriormente para obtener la configuracion de diseno del AMS mas eficiente. De forma paralela, se utiliza un proceso basado en una busqueda exhaustiva (ES) con precision a 2 posiciones decimales para validar la metodologia de optimizacion basada en DE. Posteriormente, la metodologia propuesta se aplica a un caso de estudio derivado de un edificio real de 32 pisos sometido a diferentes registros sismicos de aceleracion del suelo. Se observa un mejor comportamiento dinamico del edificio cuando se le da el mayor peso a la respuesta RMS de desplazamiento en el proceso de optimizacion. Finalmente, los resultados numericos revelan que la metodologia propuesta basada en DE es efectiva para encontrar la configuracion optima de diseno de TMD al reducir el desplazamiento maximo del piso hasta en un 43% y los valores RMS de desplazamiento de hasta el 52% en el caso de estudio. EnglishThis paper introduces a methodology for the optimal design of passive Tuned Mass Dampers (TMDs) to control the dynamic response of buildings subjected to earthquake loads. The selection process of the optimal design parameters is carried out through a metaheuristic approach based on differential evolution (DE) which is a fast, efficient, and precise technique that does not require high computational efforts. The algorithm is aimed to reduce the maximum horizontal peak displacement of the structure and the root mean square (RMS) response of displacements as well. Furthermore, four more objective functions derived from multiple weighted linear combinations of the two previously mentioned parameters are also studied to obtain the most efficient TMD design configuration. A parallel process based on an exhaustive search (ES) with precision to 2 decimal positions is used to validate the optimization methodology based on DE. The proposed methodology is then applied to a 32-story case-study derived from an actual building structure and subjected to different ground acceleration registers. The best dynamic performance of the building is observed when the greatest weight is given to the RMS response of displacement in the optimization process. Finally, the numerical results reveal that the proposed methodology based on DE is effective in finding the optimal TMD design configuration by reducing the maximum floor displacement up to 4% and RMS values of displacement of up to 52% in the case-study building. portuguesEste artigo apresenta uma metodologia para a otimizacao de amortecedores de massa sintonizados (TMD) para o controle da resposta dinâmica de edificios sujeitos a cargas sismicas. O processo de selecao dos parâmetros otimos e realizado mediante uma abordagem metaheuristica baseada na Evolucao Diferencial (DE) que e uma tecnica rapida, eficiente e precisa que nao requer de grandes esforcos computacionais. O algoritmo visa reduzir o deslocamento maximo do pico horizontal da estrutura e tambem os deslocamentos da raiz quadrada media (RMS). Alem disso, quatro outras funcoes objetivo derivadas de distintas combinacoes lineares ponderadas dos dois parâmetros de resposta ja mencionados, sao estudadas para obter a configuracao de TMD mais eficiente. Em paralelo, um processo de busca exaustiva (ES) com precisao de 2 casas decimais e usado para validar a metodologia de otimizacao baseada na DE. Posteriormente, a metodologia proposta e aplicada a um caso de estudo derivado de um edificio real de 32 andares sujeito a diferentes registros de aceleracao sismica do solo. E observado um melhor comportamento dinâmico do edificio quando e dada uma maior ponderacao no processo de otimizacao a resposta de deslocamento RMS. Finalmente, os resultados numericos revelam que a metodologia proposta fundamentada na DE e eficaz para encontrar os parâmetros otimos do TMD, reduzindo o pico de deslocamento maximo em ate 43% e os valores de deslocamento RMS em ate 52% no caso estudado.

El presente trabajo propone una metodología para evaluar la resiliencia y confiabilidad de diseños de redes de alcantarillado que busca ser una herramienta para encontrar diseños de bajo costo y alta resiliencia y/o confiabilidad. Para obtener diseños de bajo costo se utilizó la metodología de diseño optimizado de redes de alcantarillado desarrollada en el Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados (CIACUA) y para la medición de resiliencia y confiabilidad se utilizaron índices propuestos anteriormente en la literatura. La metodología se probó en dos redes de alcantarillado utilizadas en la literatura. This work proposes a methodology for evaluating the resilience and reliability of sewer network designs in order to find low-cost designs with high resilience and/or reliability. The optimal sewer network design methodology developed at the Water Distribution and Sewerage Systems Research Center (CIACUA) was used to obtain low-cost designs. Indexes previously proposed in the literature were used to measure resilience and reliability. The methodology was tested in two sewer networks that had previously been used in the literature. Magíster en Ingeniería Civil Maestría

La presente investigación titulada “DISEÑO OPTIMO DE TALADROS LARGOS PARA LA SEGURIDAD DE LOS TAJEOS MEDIANTE LA ESTABILIDAD EN VETAS ANGOSTAS” ha involucrado criterios técnicos y de diseño orientados a mejorar la seguridad y minimizar los riesgos por caída de rocas en la veta Haswuz como una alternativa de solución al planteamiento del problema ¿Cómo diseñar de manera óptima los taladros largos para la seguridad de los tajeos mediante la estabilidad en vetas angostas?, donde el objetivo general fue diseñar de forma óptima los taladros largos para la seguridad de los tajeos mediante la estabilidad en vetas angostas. Este trabajo de investigación demostró que realizando un correcto estudio en el diseño podemos obtener la seguridad de los tajeos y su estabilidad. Bajo este contexto y teniendo en cuenta las condiciones geológicas, geométricas, geomecanicas de la veta Haswuz y la roca encajonante se pudo diseñar de manera óptima los taladros largos para garantizar el incremento de la seguridad y estabilidad del tajeo. El análisis estadístico ha sido desarrollado usando el programa SPSS el cual nos facilita la interpretación y presentación de los resultados, pudiendo de esta manera aceptar la hipótesis alterna y rechazar la hipótesis nula. Esta investigación sirvió como base para ser aplicadas en minas que tengan vetas angostas y que desean mantener una alta seguridad y estabilidad de sus tajeos. Tesis

Esta publicación recoge un trabajo de investigación que realizó el autor en el marco del programa de doctorado Análisis y Diseño Avanzado de Estructuras de la UPCT en el bienio 2006-2008. En él se aplica la técnica de optimización numérica conocida como programación cuadrática sucesiva para obtener diseños óptimos de un tablero de puente de vigas artesa de hormigón pretensado, siendo la función objetivo el coste de ejecución del tablero, y las restricciones del problema las comprobaciones de los estados límites últimos y de servicio del mismo. El diseño actual de estructuras de hormigón está fundamentalmente basado en la experiencia de los ingenieros estructurales. La mayor parte de los procedimientos adoptan secciones cuyas dimensiones, pretensado y tipo de hormigón están sancionados por la práctica de diseños anteriores. Una vez que la estructura está definida, se procede al análisis de envolvente de esfuerzos y al cálculo de las armaduras pasivas que satisfagan los estados límites prescritos por la normativa de hormigón estructural. En el caso de que las dimensiones, pretensado, o los tipos de hormigón sean insuficientes, se redefine la estructura mediante un proceso de prueba y error. Tales métodos conducen a diseños seguros estructuralmente, pero la economía de los diseños estructurales queda, por tanto, muy ligada a la experiencia previa del ingeniero estructural. En los últimos años, han proliferado las soluciones de este tipo de tableros – biapoyados o con pretensado de continuidad - para puentes de carretera y ferrocarril. Esto se ha debido al desarrollo de los medios auxiliares de transporte y montaje de estas vigas y de la prefabricación. Podemos encontrar estos tableros sobre todo en pasos superiores de autovía, en pasos inferiores, en puentes de carretera o ferrocarril, en ramales de enlace donde no hay sitio para el terraplén de gran altura, etc. De esta proliferación viene el interés de este trabajo. En este trabajo se ha elaborado un código propio de análisis, dimensionamiento y optimización económica de estos tableros de puente en función de las variables de diseño, como son, el número de vigas, el canto de las vigas, espesores de hormigón en almas y losas, la cantidad y distribución del acero pasivo y activo de las vigas, etc. Este código se ha implementado con algoritmos de optimización cuadrática y está escrito en el lenguaje de programación MatLab. Tanto la formulación del problema como la estructura del programa desarrollado y el código escrito están recogidos en esta publicación.

The standard design method (classical method) for reinforced concrete rectangular footings is: First, a dimension is proposed and should comply with the allowable stresses; subsequently, the effective depth is obtained from the maximum moment and is checked against the bending shear and the punching shear until, it complies with these conditions and, then, steel reinforcement is obtained, but it is not guarantee that the minimum cost will be obtained. This paper shows an optimal design for reinforced concrete rectangular footings using the new model. A numerical experimentation is presented to show the model capability to estimate the minimum cost design of the materials used for a rectangular footing that supports an axial load and moments in two directions in accordance to the building code requirements for structural concrete and commentary (ACI 318-13). Also, a comparison is made between the optimal design and current design for rectangular footings. The solutions show that the optimal design is more economical and more precise with respect to the current design, because standard design is done by trial and error. Then, the optimal design should be used to obtain the minimum cost design for reinforced concrete rectangular footings. El método clásico de diseño estándar para zapatas rectangulares de concreto reforzado es: Primero, se propone una dimensión que cumpla con los esfuerzos admisibles; posteriormente, la profundidad efectiva se obtiene a partir del momento máximo y se comprueba con el cortante por flexión y el cortante por punzonamiento hasta que cumpla con estas condiciones y, luego, se obtiene el refuerzo de acero, aunque no se garantiza que se obtendrá el costo mínimo. Este trabajo muestra un diseño óptimo para zapatas rectangulares de concreto reforzado utilizando el nuevo modelo. Una experimentación numérica se presenta para mostrar la capacidad del modelo para estimar el diseño de costo mínimo de los materiales utilizados para una zapata rectangular que soporta una carga axial y momentos en dos direcciones, de acuerdo con los requisitos del código de construcción para concreto estructural y comentarios (ACI 318-13). Además, se hace una comparación entre el diseño óptimo y el diseño actual de zapatas rectangulares. Las soluciones muestran que el diseño óptimo es más económico y más preciso con respecto al diseño actual, ya que este último se realiza a través de ensayo y error. De este modo, el diseño óptimo se debe utilizar para obtener el diseño de costo mínimo para zapatas rectangulares de concreto reforzado.

El diseño de la extremidad de un robot bípedo es un punto clave para mejorar la locomoción y el desempeño de robots bípedos. El empleo de mecanismos que reproduzcan la marcha no es una tarea sencilla ya que se requiere generar un movimiento en el espacio Cartesiano con más grados de libertad que los considerados en un mecanismo. En este trabajo se propone un mecanismo planar de ocho eslabones con un grado de libertad como extremidad bípeda y se analiza su comportamiento en el seguimiento de una trayectoria similar a la marcha. Para el diseño del mecanismo propuesto se establece formalmente la síntesis dimensional como un problema de optimización numérica. Con el propósito de obtener diseños viables dentro del espacio de las soluciones reales en el problema de optimización, se incorpora un mecanismo de manejo de restricciones en el algoritmo de evolución diferencial (ED) y se analiza el comportamiento del algoritmo bajo diferentes parámetros de cruza. Resultados experimentales comprueban el enfoque de diseño en un prototipo de laboratorio The limb design for a biped robot is a key issue to improve the locomotion and the performance of biped robots. The use of mechanism for tracking the gait is not an easy task because the degree of freedom (d . g . f ) of the Cartesian space movement does not correspond to the d . g . f of the mechanism. Hence in this paper, an eight-bar planar mechanism with a one d . o . f is proposed as biped limb and the biped gait tracking behavior in the mechanism is analyzed. A numeric optimization problem is formally stated to design the proposed mechanism based on dimensional synthesis. A constraint handling mechanism is included into the differential evolution algorithm (DE) algorithm in order to obtain mechanism design with real solutions in the optimization problem and the behavior of the algorithm with different crossover parameters is analyzed. Experimental results verify the design approach in a laboratory prototype.

Structural optimization aims to design structures under certain constraints to achieve better behavior and have a proper manufacturing cost. This type of optimization corresponds to highly non-linear and non-convex problems including several local optima. Therefore, to solve such problems effectively, designers need to use adequate optimization methods which can make a good balance between the computational cost and the quality of solutions. In this paper the modified simulated annealing algorithm (MSAA) is employed to solve optimal design of steel structures. MSSA is a newly improved version of the simulated annealing (SA) algorithm with three modifications: preliminary exploration, search step and a new probability of acceptance. The performance, robustness and applicability of the MSAA are demonstrated through six structural optimization problems. Obtained results in all considered examples indicate that the MSAA is superior to several other methods in existing literature in terms of the quality of solution and convergence speed.

[ES] Durante muchos años el hormigón ha sido considerado como un material robusto y pesado para la construcción. Sin embargo, con el transcurrir de los tiempos investigadores han desarrollado hormigones de muy alta resistencia (HMAR) con los cuales se ha conseguido disminuir la sección de los elementos, aumentar la durabilidad, disminuir los fenómenos de retracción y fluencia a lo largo del tiempo, reducir el mantenimiento, desarrollar procesos de fabricación industrializado y además, alcanzar connotaciones estéticas agradables con formas constructivas innovadoras. El presente trabajo de titulación se enfoca en introducir las características mecánicas del HMAR investigadas por otros autores para desarrollar el diseño óptimo de las cerchas de la cubierta del Pabellón de piscina ubicado en Almussafes (Valencia) . Previo al inicio de la generación de la población de vigas, se analiza cual es la tipología de cercha que se adapta mejor a este material mediante un estudio de modelos sencillos de cerchas con el programa SAP2000. Se analiza fundamentalmente cual presenta la mayor cantidad de elementos en compresión, que es una de las principales fortalezas del HMAR, con menores esfuerzos de tracción y asimismo que implique un proceso constructivo más rápido e industrializado. Mediante el software de cálculo Matlab , se genera una población de cerchas de distintas alturas y número de montantes; posteriormente, se calcula cada una de las secciones óptimas de los elementos que la conforman, tomando en cuenta que brinden las prestaciones necesarias para resistir las solicitaciones a las cuales va a estar sometida la estructura durante su vida útil; y a su vez, permitan reducir el volumen de hormigón de alta resistencia debido a que el costo de este material es elevado con respecto al hormigón convencional., [EN] For many years the concrete has been considered as a robust and heavy material for construction. However, with the passing of time researchers have developed concrete of very high resistance (* HMAR) with which it has been able to reduce the section of the elements, increase the durability, reduce the phenomena of retraction and * creep over time , reduce maintenance, develop industrialized manufacturing processes and also achieve pleasant aesthetic connotations with innovative constructive forms. The present degree work focuses on introducing the mechanical characteristics of the * HMAR investigated by other authors to develop the optimal design of the covers of the "Pool Pavilion located in Almussafes (Valencia)". Prior to the beginning of the beam population generation, it is analyzed as the type of belt that best adapts to this material by means of a study of simple models of strings with the SAP2000 program. It is essentially analyzed as it presents the greatest amount of compression elements, which is one of the main strengths of the * HMAR, with less effort in traction and also implies a faster and more industrialized construction process. Through the calculation software "* Matlab", a population of different altitude and number of levels is generated; Subsequently, each of the optimal sections of the elements that comprise it is calculated, taking into account that they provide the necessary services to withstand the applications to which the structure will be subjected during its useful life; and in turn, allow to reduce the volume of concrete of high resistance because the cost of this material is high with respect to the conventional concrete.

[ES] El diseño acertado de las redes presurizadas de riego constituye la fase preliminar de una buena gestión de estos sistemas. La posibilidad de que, en ciertas condiciones, sea ventajoso el diseño de estas redes para su explotación mediante riego a turnos motiva este trabajo. El factor económico juega un papel fundamental en el diseño de las redes de presurizadas de riego en general y en particular en la concepción de aquellas pensadas para operar a turnos que es el campo de aplicación que nos atañe, en el que se han encontrado muy pocas investigaciones precedentes. La primera etapa del trabajo desarrollado ha consistido en la formulación e implementación completa de un Algoritmo Híbrido (AG-PNL) para el diseño óptimo de redes de riego a presión operando a turnos con topología dada, para lo cual se ensambla un algoritmo evolutivo, Algoritmo Genético (AG), y un algoritmo determinístico, basado en Programación No Lineal (PNL). Este Algoritmo Híbrido permite asignar los turnos a los hidrantes y los diámetros a las conducciones, de manera que el costo del diseño resultante sea mínimo. El problema de diseño económico de la red se formula en términos de una función objetivo que minimice los costos asociados a la red de conducciones para una asignación de turnos dada, satisfaciendo las restricciones y las leyes físicas que gobiernan el funcionamiento del sistema. La función objetivo se evalúa por un método explícito como el Algoritmo de Programación No Lineal de Gradiente Reducido Generalizado (GRG). Las otras variables que el Algoritmo Híbrido determina son las asignaciones de turnos a cada hidrante que conduce al mínimo costo de la red. Para ello se recurre al uso de un Algoritmo Genético donde la función objetivo que evalúa el fitness de la población es precisamente el costo mínimo de la red, calculado mediante el algoritmo PNL-GRG asociado a cada individuo en el espacio de asignaciones de turnos. En la segunda parte se validan los resultados de diseño del AG-PNL con otros métodos alternativos de diseño óptimo en un conjunto de 9 Casos de Estudio, extraídos de proyectos reales con una amplia diversidad de condiciones operativas, topográficas, y dimensión. Paralelamente se analiza la capacidad de las redes diseñadas para poder encajar cambios posteriores en la asignación de turnos, caracterizando esta flexibilidad con un nuevo indicador, IFCT. Este análisis también se realiza considerando diseños alternativos de las mismas redes para operar a la demanda, con la precaución de adoptar parámetros y condiciones de diseño que hagan significativa la comparación. Los resultados de diseño de las redes de riego a presión operando a turnos mediante el AG-PNL una vez que se normalizan conducen a redes con un costo menor en hasta 10.3 % que el método alternativo "clásico" más eficiente considerado, método en donde los turnos se definen de formas heurística. A la vez estas redes gozan de un mayor IFCT en hasta 8.5 %. Se observó una elevada variabilidad de las diferencias de costos entre diseños a la demanda y a turnos en cada Caso de Estudio, con unos ahorros en el diseño a turnos respecto a la demanda situados entre el 4.5% y el 48%. Se ha señalado una posible aplicación adicional del indicador de flexibilidad (IFCT) como criterio de ayuda a la decisión sobre la conveniencia de selección de un diseño a turnos o la demanda., [CA] El disseny encertat de les xarxes pressuritzades de reg constitueix la fase preliminar d'una bona gestió d'aquests sistemes. La possibilitat que, en certes condicions, sigui avantatjós el disseny d'aquestes xarxes per a la seva explotació mitjançant reg a torns motiva aquest treball. El factor econòmic juga un paper fonamental en el disseny de les xarxes de pressuritzades de reg en general i en particular en la concepció d'aquelles pensades per operar a torns que és el camp d'aplicació que ens pertoca, en el qual s'han trobat molt poques investigacions precedents. La primera etapa del treball desenvolupat ha consistit en la formulació i implementació completa d'un Algorisme Híbrid (AG-PNL) per al disseny òptim de xarxes de reg a pressió operant a torns amb topologia donada, per a això s'acobla un algoritme evolutiu, Algorisme genètic (AG), i un algoritme determinístic, basat en Programació No Lineal (PNL). Aquest Algorisme Híbrid permet assignar els torns als hidrants i els diàmetres a les conduccions, de manera que el cost del disseny resultant sigui mínim. El problema de disseny econòmic de la xarxa es formula en termes d'una funció objectiu que minimitzi els costos associats a la xarxa de conduccions per a una assignació de torns donada, satisfent les restriccions i les lleis físiques que governen el funcionament del sistema. La funció objectiu s'avalua per un mètode explícit com el Algorisme de Programació No Lineal de Gradient Reduït Generalitzat (GRG). Les altres variables que l'Algorisme Híbrid determina són les assignacions de torns a cada hidrant que condueix al mínim cost de la xarxa. Per a això es recorre a l'ús d'un Algorisme Genètic on la funció objectiu que avalua el fitness de la població és precisament el cost mínim de la xarxa, calculat mitjançant l'algoritme PNL-GRG associat a cada individu en l'espai d'assignacions de torns. A la segona part es validen els resultats de disseny de l'AG-PNL amb altres mètodes alternatius de disseny òptim en un conjunt de 9 Casos d'Estudi, extrets de projectes reals amb una àmplia diversitat de condicions operatives, topogràfiques, i dimensió. Paral·lelament s'analitza la capacitat de les xarxes dissenyades per a poder encaixar canvis posteriors en l'assignació de torns, caracteritzant aquesta flexibilitat amb un nou indicador, IFCT. Aquesta anàlisi també es realitza considerant dissenys alternatius de les mateixes xarxes per operar a la demanda, amb la precaució d'adoptar paràmetres i condicions de disseny que facin significativa la comparació. Els resultats de disseny de les xarxes de reg a pressió operant a torns mitjançant el AG-PNL una vegada que es normalitzen condueixen a xarxes amb un cost menor en fins 10.3% que el mètode alternatiu "clàssic" més eficient considerat, mètode on els torns es defineixen de formes heurística. Alhora aquestes xarxes gaudeixen d'un major IFCT en fins a 8.5%. Es va observar una elevada variabilitat de les diferències de costos entre dissenys a la demanda i als torns en cada cas d'estudi, amb uns estalvis en el disseny a torns que fa a la demanda situats entre el 4.5% i el 48%. S'ha assenyalat una possible aplicació addicional de l'indicador de flexibilitat (IFCT) com a criteri d'ajuda a la decisió sobre la conveniència de selecció d'un disseny a torns o la demanda., [EN] The successful design of pressurized irrigation networks is the preliminary phase of good management of these systems. The possibility that, in certain conditions, it is advantageous to design these networks for exploitation through turn-based irrigation motivates this work. The economic factor plays a fundamental role in the design of networks of pressurized irrigation in general and in particular in the conception of those designed to operate in shifts that is the field of application that concerns us, in which they have found very few previous investigations. The first stage of the work developed has been the formulation and complete implementation of a Hybrid Algorithm (GA-NLP) for the optimal design of irrigation networks under pressure operating with given topology, for which an evolutionary algorithm is assembled, Genetic Algorithm (GA), and a deterministic algorithm, based on Nonlinear Programming (NLP). This Hybrid Algorithm allows you to assign the hydrant shifts and the diameters to the pipes, so that the resulting design cost is minimal. The problem of economic design of the network is formulated in terms of an objective function that minimizes the costs associated with the network of pipelines for a given shift assignment, satisfying the restrictions and physical laws that govern the operation of the system. The objective function is evaluated by an explicit method such as the Generalized Reduced Gradient Nonlinear Programming Algorithm (GRG). The other variables that the Hybrid Algorithm determines are the shift assignments to each hydrant that leads to the minimum cost of the network. For this, the use of a Genetic Algorithm is used, where the objective function that evaluates the fitness of the population is precisely the minimum cost of the network, calculated by means of the NLP-GRG algorithm associated to each individual in the space of shift assignments. In the second part the GA-NLP design results are validated with other alternative optimal design methods in a set of 9 Case Studies, extracted from real projects with a wide diversity of operational, topographic, and dimension conditions. At the same time, the capacity of the networks designed to fit later changes in the allocation of shifts is analyzed, characterizing this flexibility with a new indicator, IFCT. This analysis is also done considering alternative designs of the same networks to operate on demand, with the precaution of adopting parameters and design conditions that make the comparison meaningful. The design results of pressure irrigation networks operating in turn using GA-NLP once they are normalized lead to networks with a lower cost in up to 10.3% than the more efficient "classic" alternative method considered, a method where shifts are defined in heuristic ways. At the same time, these networks enjoy a higher IFCT in up to 8.5%. We observed a high variability of the cost differences between designs to the demand and to shifts in each Case Study, with savings in the design in turns with respect to the demand located between 4.5% and 48%. A possible additional application of the flexibility indicator (IFCT) has been pointed out as a criterion to help decide on the convenience of selecting a shift design or demand.

En este trabajo, se formula un modelo de programación no lineal (PNL) para el diseño de sistemas de tratamiento selectivo de efluentes que contienen trazas de amoxicilina. La presencia de antibióticos en aguas superficiales o subterráneas representa un problema ambiental importante por su potencial bio-acumulativo y el desarrollo de resistencia antibiótica. Los métodos para la eliminación de fármacos y antibióticos incluyen la oxidación química usando reactivos Fenton, floculación y fotoquímica. Sin embargo, sus eficiencias de remoción son limitadas y se requiere de estudios orientados a optimizar los costos de tratamiento. Para la degradación de la amoxicilina se incorpora en el sistema una tecnología electroquímica. El modelo de PNL desarrollado se construye con base en una superestructura básica de red que expande el espacio de alternativas posibles de tratamiento, minimizando el flujo total de efluente que es tratado. Se resuelven cuatro ejemplos para mostrar la versatilidad y la utilidad del modelo propuesto.

Resumen (castellano): La Fórmula 1 es la meca del automovilismo, y la Formula Student, la principal competición automovilística de estudiantes. La primera está rígidamente regulada por la Federación Internacional de Automovilismo, mientras que la segunda permite el desarrollo de innovadoras soluciones sin apenas restricciones. Por ello, en este proyecto se presenta el camino para el diseño de una suspensión ideada para una competición estudiantil, basándose en los diseños empleados en la Fórmula 1 actual. Pero antes de llegar a un tipo de geometría y elementos concretos, se comienza estudiando todas las tipologías de suspensiones convencionales y de competición, con el fin de entender mejor el desarrollo de estos sistemas y su evolución con el paso del tiempo hasta llegar a la situación actual. Tras este análisis previo, se decide que la suspensión de doble trapecio es la más adecuada para un monoplaza, gracias a las posibilidades que ofrece en cuanto a modificaciones. Y empleará la misma configuración que un Fórmula 1, a excepción de algunas modificaciones que son consecuencia de la diferencia en las características en ambos tipos de monoplaza. A continuación, se muestran algunas de las características principales del monoplaza para el que se diseña este sistema: • Recorrido de la suspensión en bote y rebote: 25,4 mm (especificado en la normativa Formula Student) • Roll Angle (ángulo de balanceo del monoplaza): 1,5º, valor típico para este tipo de monoplazas • Recorrido de la dirección: 25 mm, valor típico para este tipo de monoplazas • Batalla: 1530 mm, valor reducido, pues los circuitos son de rectas cortas y curvas cerradas • Vía: 1220 mm, valor elevado para reducir la altura del centro de gravedad • Masas: suspendida en vacío 170 kg, piloto 70 kg, no suspendida 40 kg, carga aerodinámica 60 kg • Altura de los centros de gravedad: 270 mm en la masa suspendida, valor recomendado en este tipo de monoplazas, y 264,8 mm en la masa total • Tamaño de los neumáticos: 10 pulgadas • Repartos: de pesos 42,95 % en el eje delantero, 60 % de frenada en el eje delantero y 80 % de frenada en el eje delantero para el caso crítico de los test de frenada. Ambos parámetros son ajustables mediante reglajes Con las características del monoplaza fijadas en base a datos reales y normativa, se estudia el alcance del proyecto, en el que se dimensionarán todos los tubos que componen la suspensión, incluyendo el push rod, tie rod, trapecios completos y rocker (todas las piezas en acero S355 por su alta resistencia). Además, también se escogerá el amortiguador más adecuado y se calcularán los datos necesarios para la fabricación de un resorte a torsión que se utilizará como elemento elástico. Por lo tanto, no se dimensionan uniones entre elementos (tornillería y soldadura). Una vez fijadas todas las condiciones previas, se realiza un análisis cinemático mediante el software Lotus Suspension Analysis, en el que se obtiene la geometría de la suspensión en base al comportamiento del vehículo buscado. Tras obtener unos resultados adecuados, con todos los parámetros dentro los límites establecidos, entre los que destacan los valores del cambio del ángulo de ataque y de caída de las ruedas (con pequeñas variaciones), así como la altura del centro de balanceo (siempre por encima del suelo), se da por concluida esta etapa y se plantea la siguiente, el análisis dinámico. El siguiente análisis consiste en llevar a cabo distintas simulaciones de situaciones reales a las que se someterá el monoplaza para obtener las reacciones que tendrá que soportar cada elemento, para dimensionar en base a ellos. Para ello, se utiliza en software Adams Car, especializado en la simulación de vehículos, y capaz de replicar todas las características del vehículo y su entorno con gran exactitud. A falta de tener datos de un monoplaza real, se utiliza un modelo facilitado por la empresa desarrolladora del programa, MSC Software, adecuándolo a las características de diseño mencionadas. Dicho modelo presenta algunas limitaciones que han afectado a algunos elementos del diseño, como la necesidad de fabricar un resorte a torsión que permita grandes deformaciones. Aún así, los resultados obtenidos son correctos, y se han obtenido mediante la simulación de las siguientes situaciones: • Test de frenada con un reparto de pesos del 80% en el eje delantero • Giro de radio constante • Simulación de varios tipos de frenada alrededor de un circuito real de Formula Student para estudiar el comportamiento de la suspensión a fatiga Una vez se han obtenido todos los esfuerzos, se dimensionan todos y cada uno de los elementos mostrados en el alcance, mediante el método de elementos finitos en Ansys Workbench (y cálculos a mano si es posible), mayorando las cargas con un coeficiente de seguridad de 1,2 y minorando el límite a fatiga del material mediante coeficientes modificativos obteniendo los siguientes resultados: • Trapecio inferior: con tubo de diámetro exterior de 10 mm y espesor 1 mm, poco margen de optimización • Trapecio superior: con tubo de diámetro exterior de 12 mm y espesor de 1 mm, también optimizado • Tie rod y push rod: emplean el mismo tubo que en el trapecio inferior, para aprovechar el material, y cuentan con un gran margen de seguridad • Rocker y eje del rocker: el rocker se ha diseñado con un gran vaciado central (que podría seguir optimizándose en algunas zonas), mientras que el eje se ha dimensionado con cierto margen de seguridad, ya que no se pueden determinar las características de la unión con el resorte de torsión • Resorte de torsión: se calculan los datos necesarios para su fabricación, a partir del giro que soportará Por último, se plantean los posibles próximos pasos de mejora del sistema, entre los que destacan aprovechar al completo las posibilidades que ofrece Adams Car (con más simulaciones de condiciones reales) y la sustitución futura del material de algunos de los elementos, fabricados en acero S355, por fibra de carbono, además de calcular todas las soldaduras, uniones, y llevar a cabo los ensayos reales necesarios para terminar de validar el sistema. Laburpena (euskara): 1 Formula automobilismoaren gunea da, eta Formula Student, ikasle auto lehiaketa nagusia. Lehengoa Automobilismo Internazionalaren Federazioa eraentzen du, eta bitartean, bigarrena ia murrizketa gabeko soluzio berritzaileen garapena baimentzen du. Arrazoi honengatik, proiektu honetan ikasle-lehiaketa batentzako esekiduraren diseinurako bidea aurkezten da, gaur egungo 1 Formulan erabilitako diseinuetan oinarrituta. Baina geometria mota eta elementu zehatz batzuetara ailegatu baino lehen, konpetizio eta ohiko esekidura tipologia guztiak aztertzen hasten da, sistema auhen garapena eta eboluzioa denboran zehar gaur egungo egoerara iritsi arte hobeto ulertzeko mugarekin. Aurretiko azterketa honen ondoren, trapezio bikoitzeko esekidura monoplaza batentzako hobeto moldatzen dena erabakitzen da, aldaketen alde eskaintzen dituen posibilitateei esker. Eta 1 Formula baten konfigurazioa erabiliko du, bi monoplaza moten ezaugarrien desberdintasunen ondorio diren aldaketa batzuk izan ezik. Jarraian, sistema hau erabiliko duen monoplazaren ezaugarri nagusiak azaltzen dira: • Esekiduraren ibiltartea botean eta re-botean: 25,4 mm (Formula Student-en arauetan zehaztuta) • Roll Angle (monoplazaren kulunka angelua): 1,5º, monoplaza hauentzako ohiko balioa • Direkzioaren ibiltartea: 25 mm, monoplaza hauentzako ohiko balioa • Bataila: 1530 mm, balio txikia, zirkuitoak zuzen motzak eta kurba itxiak dituztelako • Bidea: 1220 mm, balio handia grabitate zentroaren garaiera murrizteko • Masak: esekituta 170 kg, gidaria 70 kg, ez-esekituta 40 kg, karga aerodinamikoa 60 kg • Grabitate zentroen garaiera: 270 mm masa ez-esekituan, monoplaza hauentzako gomendaturiko balioa, eta 264,8 mm masa osoan • Pneumatikoen tamaina: 10 pulgada • Banaketak: pisua, 42,95 % aurretiko ardatzean; balaztatzea, 60 % aurretiko ardatzean eta 80 % aurretiko ardatzean balaztatze test-arako. Bi parametroak aldatu daitezke doikuntzen bidez Monoplazaren ezaugarriak benetako arau eta datuetan oinarrituz, proiektuaren norainokoa aztertzen da: esekiduraren tubo guztiak diseinatu dira, hau da, push rod-a, tie rod-a, trapezioak eta rocker-a (pieza guztiak altzairu S355 erabiliz, bere erresistentzia handiari esker). Gainera, motelgailu hoberena ere hautatuko da, eta elementu elastiko bezala erabiliko den tortsio malguki bat fabrikatzeko behar diren datuak kalkulatuko dira. Orduan, ez dira elementuen bitarteko loturak diseinatuko (soldadurak eta torlojugintza). Behin aurretiko baldintza guztiak finkatuta, analisi zinematiko bat egiten da Lotus Suspension Analysis software-arekin, ibilgailuaren bilaturiko jokaeran oinarrituta esekiduraren geometria lortzeko. Emaitza egokiak lortu ondoren, parametro guztiak ezarritako limiteen artean (gurpilen eraso eta erori angeluak bariazio txikiekin eta monoplazaren kulunka zentroa beti lurraren gainean), etapa hau bukatutzat ematen da eta hurrengoa planteatzen da, analisi dinamikoa. Ondorengo analisian egiazko egoerak simulatzen dira esekiduraren elementuen erreakzioak lortzeko eta haietan oinarrituta elementu bakoitza diseinatzeko. Arrazoi honengatik, etapa honetan Adams Car software-a erabiliko da, ibilgailuen simulazioetan espezializatuta, eta kotxearen ezaugarri guztiak eta ingurua zehaztasun handiarekin erreplikatzeko gai baita. Baina, monoplaza guzti baten datuak ez daudenez, ondorioz, MSC Software enpresak (Adams Car-en garatzailea) errazturiko modelo bat erabiltzen da, ezaugarrik batzuk aldatuz diseinutako kotxearen sistemari moldatzeko. Hala ere, modelo hau diseinuaren elementu batzuei eragin dioten eragozpen batzuk dauzka, adibidez, deformazio handiak baimentzen dituen tortsio malguki bat fabrikatzeko beharra. Dena den, emaitzak positiboak izan dira eta ondorengo simulazioetan oinarrituta lortu dira: • Balaztatze testa aurretiko ardatzean 80 % balaztatze banaketarekin • Erradio konstanteko biraketa • Balaztatze ezberdin batzuen simulazioa, Formula Student-ko egiazko zirkuitu baten aldera, esekiduraren neke portaera aztertzeko Esfortzu guztiak lortu ondoren, norainoan adierazitako elementu guztiak diseinatzen dira, elementu finituen metodoarekin Ansys Workbench-n (eta eskuko kalkuluekin, ahal denean) kargak 1,2-ko segurtasun koefiziente batekin handituz eta materialaren neke limitearen balioa koefiziente aldatzaileen bidez txikituz. Segidan, lortutako emaitzak aurkezten dira: • Beheko trapezioa: 10 mm-ko kanpoko diametroarekin eta 1 mm-ko lodierarekin, optimizaziorako alde txikiarekin • Goiko trapezioa: 12 mm-ko kanpoko diametroarekin eta 1 mm-ko lodierarekin, optimizaziorako alde txikiarekin • Tie rod-a eta push rod-a: beheko trapezioko tubo berdina erabiltzen dute, materiala aprobetxatzeko, eta optimizaziorako alde handia dute • Rocker eta rocker-aren ardatza: alde batetik, rocker-a erdian hustuketa handi batekin diseinatu da (eta gune batzuetan optimizatu daiteke). Bestetik, ardatza segurtasun alde handi batekin diseinatu da, tortsio malgukiarekin daukan loturaren ezaugarriak ezin direlako zehaztu • Tortsio malgukia: fabrikatzeko behar diren datu guztiak kalkulatzen dira, jasango duen biraketan oinarrituz Amaitzeko, sistema hobetzeko eman ahal diren pausuak aurkezten dira, eta haien artean hurrengoak nabarmentzen dira: Adams Car-en posibilitate guztiak aprobetxatu (egiazko kondizioetan oinarritutako simulazio gehiagoekin), elementu batzuen materiala aldatzea (karbono-zuntza altzairuaren ordez), soldadura eta lotura guztiak kalkulatzea eta sistemaren balidazioarekin amaitzeko behar diren saiakuntza guztiak egitea. Summary (English): Formula 1 is the pick of automobilism, and Formula Student, the principal students’ motorsport competition. The first one is rigidly ruled by the International Automobilism Federation, while the second one allows the development of innovative solutions with almost no restrictions. For this reason, in this thesis it is presented the path for the design of a suspension focussed on a students’ competition, based on the designs used in current Formula 1. But before arriving to a certain geometry and elements, this thesis starts studying all the common and competition suspension typologies, with the aim of understanding the development of these systems in a better way and its evolution along the time until arriving to the current situation. After this previous analysis, it is decided that the double wishbone suspension is the most suitable one for a single seater, thanks to all the possibilities that it offers referring to modifications. And it will use the same configuration as a Formula 1, excepting some modifications which are consequence of the difference between both type of vehicle. Hereunder, some of the main features of the single seater for which this system has been designed are shown: • Suspension travel in bound and rebound: 25.4 mm (specified in Formula Student’s rules) • Roll angle: 1.5º, typical value for this type of single seaters • Steering travel: 25 mm, typical value for this type of single seaters • Wheelbase: 1530 mm, low value, as circuits have short straights and closed corners • Track: 1220 mm, high value to reduce centre of gravity’s height • Mass: sprung 170 kg, driver 70 kg, unsprung 40 kg, aerodynamic load 60 kg • Height of centres of gravity: 270 mm in sprung mass, recommended value for these type of vehicles, and 264.8 mm for the whole mass • Tyre size: 10 inches • Weight balance: 42.95 % in the front axis, adjustable with setups • Brake balance: 60 % in the front axis, 80 % for the brake test, adjustable with setups Once the vehicle’s features have been set, based on real data and rules, the scope of the project is studied, where all the tubes that include the suspension will be designed, including the tie rod, push rod, whole wishbones and rocker (all the elements with S355 steel, due to its high strength). Apart from that, it will be chosen the most suitable damper for the vehicle, and all the data needed for the manufacturing of a torsion spring (used as an elastic element) will be calculated. Therefore, the links between all the elements will not be designed (bolted and welded connections). After setting all the initial conditions, a kinematic analysis is run by using Lotus Suspension Analysis software, where the geometry of the suspension is obtained based on the handling of the vehicle that is wanted to be achieved. Once adequate results have been obtained, with all the parameters inside the stablished boundaries, emphasising the changes in camber and toe angles (with low variations), and roll centre’s height (always above the ground), this stage is concluded and it can be started with the following one, the dynamic analysis. The next analysis consists on running different simulations based on real situations that the vehicle will have to face, with the aim of obtaining the reactions that will suffer each element and dimension them. For this purpose, the Adams Car software will be used, as it is specialized on vehicle’s simulations and can recreate all the single seater’s and surroundings features with great accuracy. But, as this project lacks of the data of a whole real car, a model provided by the company in charge of the development of the software, MSC Software, is used, adapting it to the design features that have been mentioned. This model shows some limitations that have affected to some elements from the design, like the need of producing a torsion spring that can deal with big deformations. Even tough, the results obtained are correct and have been obtained by running the following simulations: • Brake test with a brake balance of an 80 % in the front axis • Constant radius turning • Simulation of different types of braking around a real Formula Student circuit, with the aim of studying the behaviour of the suspension against fatigue Once all the forces have been calculated, all the elements mentioned in the scope are designed, using the finite element method in Ansys Workbench (and manual calculus when possible), by increasing loads with a safety factor of 1.2 and reducing the material’s fatigue limit with modifying coefficients. The results achieved are as follows: • Lower wishbone: tube with an outer diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm, with low range for optimization • Upper wishbone: tube with an outer diameter of 12 mm and a thickness of 1 mm, also optimized • Tie rod and push rod: they use the same tube as the lower wishbone, to seize material, and have a great safety factor • Rocker and rocker-axis: the rocker has been designed with a big central hole (which could still be optimized in some zones), while the rocker-axis has been designed with a specific safety factor, since the features of the link with the torsion spring cannot be determined • Torsion spring: all the data needed for its manufacturing is calculated, based on the twist that will support Finally, the possible next updates of the suspension are presented, among the ones spotlight seizing completely all the possibilities that Adams Car offers (with more real-situation-based simulations) and the future replacement of the material of some of the elements, changing S355 steel with carbon fibre, apart from calculating all the welding, links and accomplishing all the tests needed to end with the validation of the system.

En el presente documento se exponen los resultados y productos de la tesis de investigación necesaria para la acreditación del título de Magister en Ingeniería – Ingeniería Eléctrica, otorgado por la Universidad Nacional de Colombia. La investigación estuvo dirigida a proponer, desarrollar e implementar un método de diseño de filtros digitales lineales e invariantes en el tiempo, FIR (Finite Impulse Response) e IIR (Infinite Impulse Response), que considere la cuantificación de los coeficientes del filtro desde el comienzo del proceso de diseño, y no al final, como ocurre en otras metodologías, incluidas las metodologías tradicionales, en las cuales, dicha acción puede incrementar el error de aproximación al filtro deseado, hasta la inestabilidad. Las metodologías de diseño propuestas se basan en los algoritmos de optimización metaheurística APBIL (Adaptive Population-Based Incremental Learning), GA (Genetic Algorithm) y TS (Tabu Search), y están orientadas a obtener la combinación de los coeficientes que mejor se aproxime a la respuesta en frecuencia deseada, para las representaciones binarias de punto fijo (complemento a dos) y punto flotante (según el estándar IEEE 754). Los resultados de las simulaciones son prometedores y muestran un buen desempeño de los filtros obtenidos (destacando el uso del algoritmo APBIL), en términos del Error Medio Cuadrático entre las respuestas en frecuencia deseada y la obtenida a partir de filtro optimizado. Como resultado, se construyó un software amigable, capaz de proporcionar diseños competentes, que logran superar en calidad a los diseños tradicionales, especialmente si el número de coeficientes y/o la precisión numérica son limitados. This document presents the results and products of the research thesis for the accreditation of the Magister’s degree in Engineering –Electrical Engineering, granted by the National University of Colombia. The research was aimed at proposing, developing and implementing a method of designing linear and time - invariant digital filters, FIR (Finite Impulse Response) and IIR (Infinite Impulse Response), which considers the quantification of digital filter coefficients since the beginning of the design process, and not at the end, as in others methodologies, including the traditional methodologies, in them this action might increase the approach error to the desired filter, un til the instability. The proposed design methodologies are based on APBIL ( Adaptive Population-Based In cremental Learning), GA (Genetic Algorithm) and TS (Tabu Search) metaheurisitc optimization algorithms, and are oriented to obtain the combination of coefficients that best approximates the response at desired frequency, for fixed point (two’s complement) and floating point (according to Std IEEE 754) binary representations. The results of the simulations are promising and show a good performance of the o btained filters (highlighting the use of the APBIL alg orithm), in terms of the Mean Squared Error between the desired frequency response and that oained from the optimized. filter. As a result, a user - friendly software has been built to provide competent designs that are able to outperform traditional designs, especially when number of coefficients and/or numerical precision are limited Maestría

En el presente trabajo se desarrollo una herramienta computacional en lenguaje de programación de MatLab R2015a que permite la optimización topológica de estructuras en tres dimensiones, utilizando elementos finitos tetraédicos con un comportamiento mecánico lineal elástico, y con un modelo de parametrización de la densidad SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization). Para ello, se comenzó por estudiar el estado del conocimiento de la optimización topológica con el propósito de ubicar y referenciar los conceptos desarrollados en la presente tesis. Posteriormente, se establece la formulación del elemento finito tedraédrico y la del problema de optimización que son la base para la formulación del modelo de optimización topológica en 3D propuesto. Este modelo se formula por medio de algoritmos y se implementa en el lenguaje de programación de Matlab R2015a, utilizando algunas rutinas del programa CALFEM (Computer Aided Learning of the Finite Element Method) para realizar el análisis por elementos finitos. Finalmente todos los resultados conseguidos se validaron en contra parte a soluciones presentadas en la literatura o en investigaciones similares que abordaron el problema con criterios análogos a como se establecieron en el presente trabajo. Abstract: In the present work a computational tool was developed in MatLab programming language R2015a that allows the topological optimization of structures in three dimensions, using finite element tetrahedral elements with a linear elastic mechanical behavior, and with a SIMP density parameterization model (Solid Isotropic material with penalty). To this end, we began to study the state of knowledge of topological optimization with the aim of locating and referencing the concepts developed in the present thesis. Then, the formulation of the finite element and the optimization problem are established, which are the basis for the formulation of the proposed 3D topological optimization model. This model is formulated using algorithms and is implemented in the Matlab R2015a programming language using some routines from the CALFEM (Computer Assisted Learning of the Finite Element Method) program to perform the finite element analysis. Finally all the results obtained were validated gainst the solutions presented in the literature or in similar investigations that approached the problem with similar criteria to how they were established in the present work. Maestría

Facultad de Ingeniería Química. Doctorado en Ciencias en Ingeniería Química The economic factor is often the determinant one in the design of a chemical process; however, the current problem related to environmental damage and social problems, demands to include criteria that consider a sustainable design. The social and environmental impacts of a process can be measured from the risk that this has, due to the fact that when a catastrophe occurs, it causes the loss of human lives as well as damage to the ecosystem surrounding the process. The current trend in the design of a process consists in the formulation of Multi-objective optimization problems that allow to obtain an economic design involving low safe and of low environmental impacts. These formulations should allow us to find balanced solutions among these objectives, having as main attribute the selection of the best operating conditions, capacity and location, and in general the process design, taking into account the specifications and restrictions for each objective. The ideal is to formulate quantitative models based on the physical properties of the substances, allowing in this way to find numerical solutions that satisfy these three objectives. Thus, for the economic and environmental objectives, there are widely developed metrics, which are able to quantify the impact of a proposed solution. On the other hand, the metrics developed to measure the risk of a process allow to propose solutions that guarantee a lower consequence in the event that an accident is caused or the reduction of the frequency of occurrence of an accident. The way in which the concept of safety is incorporated in the design of a chemical process depends to a great extent on the type of process, the information available and the scope of the other objectives. El factor económico es tradicionalmente el determinante en el diseño de un proceso químico; sin embargo, el problema actual relacionado con el daño ambiental y los problemas sociales, exige incluir criterios que consideren un diseño sustentable. Los impactos sociales y ambientales de un proceso se pueden medir a partir del riesgo que esto tiene, debido al hecho de que cuando ocurre una catástrofe, causa la pérdida de vidas humanas y daños al ecosistema que rodea el proceso. La tendencia actual en el diseño de un proceso consiste en la formulación de problemas de optimización multi-objetivo que permitan obtener un diseño económico que implique un bajo riesgo e impacto ambiental. Estas formulaciones deben permitirnos encontrar soluciones equilibradas entre estos objetivos, teniendo como principal atributo la selección de las mejores condiciones de operación, capacidad y ubicación, y en general el diseño del proceso, teniendo en cuenta las especificaciones y restricciones para cada objetivo. Lo ideal es formular modelos cuantitativos basados en las propiedades físicas de las sustancias, permitiendo de esta manera encontrar soluciones numéricas que satisfagan estos tres objetivos. Por lo tanto, para los objetivos económicos y ambientales, existen métricas ampliamente desarrolladas, que pueden cuantificar el impacto de una solución propuesta. Por otro lado, las métricas desarrolladas para medir el riesgo de un proceso permiten proponer soluciones que garanticen una menor consecuencia en caso de que se produzca un accidente o la reducción de la frecuencia de ocurrencia de un accidente. La forma en que se incorpora el concepto de seguridad en el diseño de un proceso químico depende en gran medida del tipo de proceso, la información disponible y el alcance de los otros objetivos.

Históricamente, en la provincia de Santa Fe las demandas de electricidad se satisfacen importando energía generada en otras provincias ya que carece de una matriz energética propia. Se conoce que en Argentina el 52 % de la electricidad se produce en centrales térmicas, que funcionan a gas o diesel; el 43 % en usinas hidroeléctricas, y apenas el 4 % es energía nuclear. A partir del año 2003 las demandas eléctricas en la mayoría de las provincias, incluyendo Santa Fe, se incrementaron fuertemente como consecuencia del crecimiento económico experimentado en diferentes sectores productivos tales como el agro, la construcción y la industria. Esto obligó tanto al gobierno nacional como provincial a impulsar un nuevo plan estratégico con el principal objetivo de aumentar la producción de electricidad y así poder reducir los efectos negativos de la crisis energética que afecta a todo el territorio nacional. A pesar de que las centrales de ciclo combinado operan con gas natural y en consecuencia son las que menos contaminan respecto a plantas que operan con carbón, requieren que los gases de combustión generados deban ser tratados necesariamente antes de ser emitidos al ambiente. La corriente de gases exhaustos contiene uno de los principales responsables del calentamiento global, el CO2. Diferentes estudios revelan que para las próximas décadas la concentración de CO2 en el ambiente aumentaría a ritmos más acelerados en caso que no se adopten las medidas y acciones necesarias tendientes a disminuir dichas emisiones. De este modo resulta evidente la imperiosa necesidad de investigar y proponer soluciones efectivas para reducir las emisiones de gases con efecto invernadero. Algunas de las acciones tendientes a reducir las emisiones de CO2 procedentes de la combustión de combustibles fósiles para la producción de energía, debieran apuntar a: 1) uso racional de la energía generada (aumento de la eficiencia en los procesos de conversión), 2) utilizar combustibles que tengan menores emisiones (energías renovables, gas natural), 3) captura y almacenamiento del CO2 procedente de la combustión. En este sentido, esta tesis se enmarca en el punto 3) ya que se propone investigar y desarrollar procesos eficientes para tratar las emisiones generadas en las plantas de producción de energía eléctrica que contribuyen al efecto invernadero, en especial el CO2. Fil: Arias, Ana Marisa. UTN. FRRo. CAIMI; Argentina

En esta Tesis se presentan metodologías que incluyen análisis de sensibilidad global, modelado y optimización dinámica, para el estudio de procesos que se llevan a cabo en sistemas de reacción biológicos, tales como biorreactores para la obtención de etanol y lagunas de tratamiento biológico de aguas residuales. Para ello se utilizan modelos cinéticos fuertemente integrados y dinámicos, de creciente complejidad, representados por sistemas de ecuaciones diferenciales y algebraicas. Los modelos cinéticos presentan un elevado número de parámetros que están involucrados en funciones altamente no lineales. Dichos parámetros tienen asociada incertidumbre que resulta, por ejemplo, de errores de medición y pueden influenciar los valores de las variables de estado. Por esta razón, es importante identificar los parámetros a los que las variables de estado son más sensibles, mediante análisis de sensibilidad. Se propone la implementación del análisis de sensibilidad global, basado en la descomposición de la varianza, aplicado a modelos dinámicos de biorreactores para la producción de bioetanol y del sistema de lagunas de estabilización. Este análisis se basa en la metodología propuesta por Sobol’ y permite obtener perfiles temporales de índices de sensibilidad de primer orden, total y de interacción entre parámetros, lo cual es útil para comprender complejas relaciones entre los parámetros y las variables del modelo. Además, se analizan diferentes estimadores de la varianza condicional, siendo el de Jansen el más adecuado para modelos más complejos proporcionando mejores resultados. La finalidad del estudio es determinar cuáles son los parámetros más importantes y que deben ser estimados con mayor precisión en forma experimental, para tener un modelo ajustado que pueda proveer predicciones confiables ante cambios en las condiciones de operación, tanto en sistemas de biorreactores de producción de etanol como de lagunas de estabilización. Posteriormente, se procede al diseño óptimo de un sistema de lagunas de estabilización para el tratamiento de aguas residuales. El desempeño de estos sistemas es comparable al de los barros activados, aunque el requerimiento de espacio es una condición limitante para su empleo. El diseño se realiza planteando un problema de programación mixto entera no lineal sobre una superestructura que considera tres tipos de lagunas (aeróbica, facultativa y anaeróbica) con la posibilidad de reciclo, lo que permite obtener la configuración óptima para cumplir con el objetivo de minimizar los costos del sistema con la restricción de que la carga orgánica del efluente sea inferior al valor establecido por las regulaciones ambientales. Finalmente, se implementan estrategias de manejo de las lagunas de tratamiento como problemas de optimización dinámica, donde se proponen como variables de control el agregado de nutrientes, esenciales para el desarrollo de los procesos biológicos, y la potencia que se debe proporcionar a los aireadores para asegurar una oxigenación dentro de las lagunas. In this Thesis, several methodologies that include global sensitivity analysis, modeling and dynamic optimization are presented to deepen the knowledge on processes which take place in biologic reaction systems, such as bioreactors for ethanol production and wastewater treatment ponds. These models are based on dynamic and highly integrated kinetic models based on first principles, which are represented by differential algebraic equations systems. Kinetic models have a large number of parameters embedded in nonlinear functions. These parameters may have a certain degree of uncertainty due, for example, to measurement errors, and can influence the values of the state variables. Sensitivity analysis provides a mean to detect and rank the importance of parameters in a model. In particular, global sensitivity analysis is applied to a dynamic model, based on the variance decomposition using Sobol's method. This allows the calculation of first order, total and interaction indices for each parameter, which are useful to understand complex relationships between parameters. Several variance estimators are considered, being Jansen's the most appropriate for complex models, yielding the best results. As a result of this study, parameters can be ranked by importance and then experiments can be designed to find with the best precision those parameters that produce the largest impact on the prediction of state variables of the model. Furthermore, the design of stabilization ponds systems for wastewater treatment is addressed through the formulation of a mixed integer nonlinear programming problem over a supestructure which considers three types of lagoons (aerobic, anaerobic and facultative), including recycle streams. The objective function is total cost minimization, subject to constraints on the maximum legally allowed organic load. Finally, several strategies are proposed for the management of stabilization pond systems within a dynamic optimization environment, where the control variables are nutrient addition rate along the time horizon and aerators power for a suitable oxygen concentration, where required. Fil: Ochoa, María Paz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina

En la presente investigación se abordó un problema relacionado con la necesidad que existe por determinar la dosificación adecuada de los concretos de alta resistencia para lograr el comportamiento estructural deseado en zonas altoandinas del Perú, esto, como respuesta al creciente desarrollo de proyectos inmobiliarios (Comerciales y habitacionales) que se vienen desarrollando, principalmente, en las ciudades capitales de departamento; para tal efecto, se tomó como caso referencial a la ciudad de Huaraz, capital del departamento de Ancash. En el contexto descrito, y teniendo como objetivo diseñar un tipo de Concreto de Alta Resistencia que se ajuste a los requerimientos de las Obras Civiles en las zonas altoandinas del Perú; se logró demostrar que es factible usar concretos de alta resistencia en el desarrollo de obras civiles de la ciudad de Huaraz con agregados provenientes de las zonas aledañas. El informe de investigación se estructuró siguiendo el esquema de desarrollo que se detalla a continuación: En la primera parte se recoge aspectos relacionados con la formulación del problema, los objetivos, las hipótesis, etc. (Ver: «Capítulo I: Introducción»). En la segunda parte se presenta las bases filosófica, teórica y conceptual. Las bases teóricas se agruparon en los siguientes ejes teóricos: Obras civiles, estructuración de obras civiles, los concretos, diseño del concreto de alta resistencia y propiedades de las estructuras de concreto de alta resistencia. (Ver: «Capítulo II. Marco Teórico»). En la tercera parte se recoge aspectos relacionados con la metodología empleada en los siguientes términos: Métodos empleados en la investigación, metodología para la prueba de hipótesis, las técnicas e instrumentos empleados y el procedimiento de la recolección de datos (Ver: «Capítulo III. Metodología»). En la cuarta y última parte final, se reporta el trabajo de campo realizado en términos del proceso de la información, el análisis de datos y la interpretación de resultados (Ver: «Capítulo IV. Desarrollo del Análisis e Interpretación»). El informe de investigación se complementa con las conclusiones, recomendaciones, anexos y bibliografía consultada; así también se presenta otros apartados de forma que resultan siendo de común aparición en los informes de investigación. Tesis

ResumenEn este trabajo se desarrolla la optimización de forma de un cuerpo suspendido y sometido a fuerzas de cuerpo. La geometría del cuerpo es modelada con curvas paramétricas B-Spline. Dicha optimización se logra por medio de la modificación del contorno de la geometría con base en el nivel de esfuerzo calculado usando Análisis por Elementos Finitos. Reglas evolutivas clásicas son empleadas en el proceso de optimización; sin embargo, el método para realizar la modificación del contorno de la geometría no es ni clásico ni trivial. A diferencia de la mayoría de los métodos de optimización de forma, que utilizan sólo la información de los puntos del contorno aisladamente, en este trabajo se aplica un método que toma en cuenta la información de los puntos del contorno y su vecindad.AbstractThis paper develops the shape optimization of a body, which is hanged and subjected to body forces. The geometry of the body is modeled using parametric curves B-Spline. The shape optimization is carried out modifying the boundary of the body based on the stress level calculated via Finite Element Analysis (FEA). Traditional evolutive rules are used for the optimization process; however, the method of boundary modification in the optimization process is neither traditional nor trivial. Unlike most shape optimization methods, which only use the information of boundary points in a isolated way, in this approach the geometry boundary is modified considering both points and neighborhood information.

Facultad de Ingeniería Química. Maestría en Ciencias en Ingeniería Química Recently, there has been a significant interest to the development and exploitation of unconventional gas resources especially shale gas. Several places around the world have substantial shale gas reserves in regions that lack in the infrastructure needed for production and distribution. This paper presents a mathematical programming approach for the optimal planning of shale gas exploitation and infrastructure development in places without infrastructure for production, treatment, and distribution. Because of the variability in natural gas supplies and demands over time, a multi-period optimization approach is adopted over a certain time horizon. The optimization approach accounts for the different components of the infrastructure, the production schedules, and the time-value of money to maximize the net present value of the infrastructure. The applicability of the proposed approach is shown through a case study in the Burgos basin located in the Northeast of Mexico and in the southern extension of the Maverick Basin in Texas. The results show attractive economic results for the exploitation and distribution of gas to satisfy the national demand. Durante los últimos años, el mercado del gas natural en Norteamérica ha experimentado un cambio drástico, el cual ha sido causado por el desarrollo y aprovechamiento de las reservas del gas no convencional; particularmente, el gas shale. En México, las reservas de gas natural ascendieron y con las mejoras en las tecnologías de extracción se estima que la producción y demanda de gas natural aumente. México ocupa el cuarto lugar a nivel mundial en términos de recursos potenciales de gas shale, cifra que es 11 veces superior a las reservas remanentes totales de gas natural del país. Las condiciones del mercado y la industria del gas natural están cambiando rápidamente. Lo que necesariamente implica la ampliación de la infraestructura de transmisión y distribución, incrementando la cobertura de este energético, para lo cual se debe tomar en cuenta aspectos ambientales y de seguridad. Por lo tanto, en este proyecto se propone desarrollar un estudio integral para determinar la viabilidad técnica de la explotación del gas shale en México considerando la infraestructura existente así como la posibilidad de instalar nuevas tecnológicas que permitan el mejor aprovechamiento de los recursos. En este sentido, en el presente trabajo de investigación se propone una superestructura y un modelo de optimización para modelar la infraestructura existente así como las instalaciones nuevas potenciales que permitan la integración del gas shale para satisfacer las demandas actuales y futuras de energía en nuestro país.

ResumenEn este trabajo se presenta un método para la optimización de forma de modelos bidimensionales sometidos a casos de carga simple o múltiple. La optimización se realiza aplicando iterativamente reglas evolutivas, basadas en el nivel de esfuerzos. Dichas reglas determinan zonas de la frontera en las que el material es subutilizado o sobreutilizado con el objetivo de que el modelo evolucione a un modelo más ligero y con un nivel de esfuerzos alto y homogéneo. La evolución se lleva a cabo modificando la frontera del modelo lentamente. Dado que la frontera se define con curvas paramétricas B-spline los cambios generados resultan en una frontera suave. La principal propuesta del método es que la modificación de la frontera está dada por un conjunto de desplazamientos que toman en cuenta, en su magnitud y dirección, la información geométrica de la vecindad, a diferencia de otros métodos que simplemente generan desplazamientos perpendiculares a la frontera. Al final del trabajo se presenta el diseño de un marco de bicicleta para mostrar el buen desempeño del método.AbstractThis paper presents a method for shape optimization of two-dimensional models subjected to simple or multiple load cases. The optimization is performed iteratively using evolutionary rules, based on the stress level. These rules determine regions on the boundary where the material is underused or overused; the objective is that the model evolves to a minimum weight model with a high and homogeneous stress level. The evolution is performed by modifying the boundary of the model slowly. Since the boundary is defined by parametric B-spline curves, generated changes result in a smooth boundary. The main proposal of the method is that boundary modifications are given by a set of displacements that, its magnitude and direction, take into account the geometrical information of the neighborhood, unlike other methods that simply generate displacement perpendicular to the boundary. Finally, the paper presents the design of a frame bike in order to show the good performance of the method.

"El diseño estructural basado en métodos de optimización es muy eficiente en la generación de estructuras de peso mínimo, máxi - ma rigidez, etc.; sin embargo, tiene la desventaja de genera geometría muy complejas, cuya manufactura es difícil o imposible. Por ello, estas geometrías deben ser adaptadas a los procesos de manufactura, de tal forma que se obtienen soluciones de diseño viables. Durante el proceso de adaptación, varias de las características óptimas se pierden. Para minimizar esta pérdida se propone un método de adaptación, basado en esqueletonización, para soluciones topológicas. El objetivo es generar una estructura ma- nufacturable a partir de una solución topológica, considerando miembros estructurales estándar. En este trabajo, se desarrolló un algoritmo para interpretar y adaptar soluciones topológicas. Esqueletonización se aplica para obtener una representación simplifi - cada de la solución óptima, sin perder su topología. El resultado se transforma en un conjunto de líneas rectas unidad por vértices. Estas líneas son reemplazadas por miembros estándar de sección transversal parametrizada. Mediante optimización de forma las dimensiones de la sección transversal son definidas. Como ejemplo, se aplica el método al diseño de una viga corta en cantiléver, obteniendo una estructura completamente manufacturable, cuyas características topológicas son preservadas."

This article deals with the design of optimum microchannel heat sinks through Unified Particle Swarm Optimisation (UPSO) and Harmony Search (HS). These heat sinks are used for the thermal management of electronic devices, and we analyse the performance of UPSO and HS in their design, both, systematically and thoroughly. The objective function was created using the entropy generation minimisation criterion. In this study, we fixed the geometry of the microchannel, the amount of heat to be removed, and the properties of the cooling fluid. Moreover, we calculated the entropy generation rate, the volume flow rate of air, the channel width, the channel height, and the Knudsen number. The results of several simulation optimizations indicate that both global optimisation strategies yielded similar results, about 0.032 W/K, and that HS required five times more iterations than UPSO, but only about a nineteenth of its computation time. In addition, HS revealed a greater chance (about three times) of finding a better solution than UPSO, but with a higher dispersion rate (about five times). Nonetheless, both algorithms successfully optimised the design for different scenarios, even when varying the material of the heat sink, and for different heat transfer rates. Este artículo trata sobre el diseño óptimo de disipadores de calor de tipo microcanal utilizando los métodos Unified Particle Swarm Optimisation (UPSO) y Harmony Search (HS). Estos disipadores se utilizan en el enfriamiento de componentes microelectrónicos. Por ello analizamos el desempeño de UPSO y HS en su diseño, de forma sistemática y completa. La función objetivo se obtuvo con el criterio de la mínima generación de entropía. En este estudio, se definió la geometría del microcanal, la cantidad de calor a ser retirado y las propiedades del fluido de trabajo. Además, se calculó la tasa de generación de entropía, el flujo volumétrico de aire, el ancho y la altura del canal y el número de Knudsen. Los resultados de las simulaciones indicaron que ambas estrategias de optimización dieron resultados similares, alrededor de 0,032 W / K, y que HS requiere cinco veces más iteraciones que UPSO, pero sólo alrededor de 1/19 de su tiempo de cálculo. Además, HS reveló una mayor probabilidad de encontrar una mejor solución que UPSO, pero con una mayor dispersión. Sin embargo, ambos algoritmos resolvieron exitosamente el diseño para diferentes escenarios, incluso cuando se varía el material del disipador y la tasa de transferencia de calor. Este artigo discute o projeto ideal de dissipadores de calor de microcanais utilizando os métodos Unified Particle Swarm Optimization (UPSO) e Harmonia Search (HS). Estes resfriadores são utilizados em refrigeração com componentes microeletrônicos. Por isso, vamos analisar o desempenho de UPSO e HS na sua concepção, de uma forma sistemática e completa. A função objetivo foi obtida com o critério de geração mínima de entropia. Neste estudo, definiu-se a geometria de microcanais, a quantidade de calor a ser removida e as propriedades do fluido de trabalho. Além disso, se calculo a taxa de geração de entropia, o caudal volumétrico de ar, a largura e a altura do canal e o número de Knudsen. Os resultados da simulação indicaram que ambas das estratégias de otimização deram resultados semelhantes, cerca de 0.032 W / K, e que HS exige cinco vezes mais iterações UPSO, mas apenas cerca de 1/19 do seu tempo de computação. Também, HS revelou uma maior probabilidade de encontrar uma solução melhor do que UPSO, mas com maior dispersão. No entanto, ambos dos algoritmos resolveram com sucesso o design para diferentes cenários, mesmo quando o material do pia e a taxa de transferência de calor é variada.

La necesidad de hacer eficientes y económicamente viables las grandes inversiones relacionadas con la construcción y el mantenimiento de las redes de abastecimiento de agua, hace que se preste especial atención al diseño de este tipo de redes. Concebir soluciones económicamente optimizadas y que garanticen un adecuado funcionamiento de los sistemas de distribución de agua (SDA), tomando en cuenta la fiabilidad de la red para ofrecer sus servicios, incluso ante posibles condiciones de fallo, es uno de los grandes retos que han tenido desde hace muchos años varios hombres y mujeres de ciencias que han trabajado el tema. Se impone obtener los mayores beneficios con los menores costes. En el diseño óptimo de sistemas de distribución de agua, como muchos otros problemas de optimización, los objetivos a optimizar están frecuentemente en conflicto unos con otros. Ante este hecho, más conveniente que encontrar una única solución, es elaborar un conjunto de soluciones que representen el mejor compromiso posible entre todos los objetivos involucrados. En los últimos 15 años, varios investigadores se han desviado de las técnicas tradicionales de optimización basadas en la programación lineal y no lineal, para dirigirse hacia la implementación de Algoritmos Evolutivos. En esta investigación se proponen soluciones para el diseño óptimo de SDA basadas en el empleo de una generalización del algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) orientada a la inteligencia artificial distribuida tomando como base a los sistemas multi-agente (MA). El algoritmo final propuesto recibió la denominación de Agent Swarm Optimization (ASO) El algoritmo ASO se aprovecha de las ventajas de la computación paralela y distribuida para hacer interactuar diversas poblaciones de agentes que pueden tener comportamientos diferentes. Su versatilidad da origen a su principal fortaleza: la introducción de agentes con reglas de comportamiento específicas para la mejor solución de un problema, que problema, que trabajan de manera conjunta con algoritmos evolutivos de carácter general como PSO, Algoritmos Genéticos, Ant Colony Optimization, etcétera., Montalvo Arango, I. (2011). Diseño óptimo de sistemas de distribución de agua mediante Agent Swarm Optimization [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. doi:10.4995/Thesis/10251/14858., Palancia

En este trabajo se establece el problema de diseño cinemático y dinámico de los eslabones de un manipulador móvil como un problema de optimización numérica, con el objetivo de minimizar la energía mecánica del sistema en las posiciones críticas de un espacio de trabajo pre-establecido. Al cumplir con el objetivo propuesto se disminuye consecuentemente el consumo de energía que necesita el sistema de control durante su operación dentro del espacio de trabajo pre-establecido. Para dar solución al problema de optimización, se incorpora un mecanismo de explotación exhaustiva en el algoritmo tradicional de evolución diferencial, permitiendo mejorar la búsqueda dentro de una vecindad del espacio de diseño. Resultados en simulación muestran el desempeño del algoritmo. A su vez se muestra un menor consumo de energía del diseño resultante comparado con otros 3 diseños. In this work, the design of kinematic and dynamic parameters of links of a mobile manipulator is stated as a numerical optimization problem (NOP). The NOP aims to minimize the mechanical energy of the system in critical positions given by the vertices of a workspace and consequently reduce the energy consumption of the control system during its operation in the workspace. An exhaustive exploitation mechanism is included in the traditional differential evolution algorithm to improve the search into a neighborhood in the design space. Simulation results show the performance of the algorithm. The resulting design shows less energy consumption than other three designs.

Resumen [17] En los últimos años, la importancia de los aspectos económicos en el campo de las estructuras ha motivado a muchos investigadores a proponer nuevos métodos para minimizar el peso de las estructuras. En este trabajo, el algoritmo simulated annealing modificado (ASAM), es presentado para resolver la optimización de peso en armaduras con variables continuas. Para evaluar y validar el desempeño de ASAM se abordaron cinco problemas reportados en la literatura especializada. Los resultados de ASAM en comparación con los reportados por otros algoritmos de optimización, muestran que este algoritmo puede generar diseños mejorados y ser utilizado efectivamente en la minimización de peso en armaduras. Abstract [21] In recent years, the importance of economic considerations in the field of structures has motivated many researchers to propose new methods for minimizing the weight of the structures. In this work, the modified simulated annealing algorithm (MSAA), is presented to solve weight optimization of truss structures with continuous variables. To evaluate and validate the MSAA performance were studied five problems reported in the literature. The results of MSAA compared with results of other optimization algorithms show that this algorithm can generate improved designs and be effectively used in the weight minimization of truss structures.

Los puertos deben ser diseñados para asegurar un ambiente para el amarre de barcos, protegido de la agitación generada por las olas marinas, a los efectos de permitir la realización segura de tareas de carga y descarga de mercaderías. Dentro del espectro de oleaje incidente, las ondas largas tienen un período mayor a treinta segundos y son particularmente importantes ya que sus longitudes de onda son del orden de las dimensiones de la mayoría de los puertos, pudiendo dar lugar a oscilaciones resonantes. En este trabajo se propone un método de diseño óptimo de las obras de abrigo para evitar tales situaciones y simultáneamente cumplir restricciones geométricas relacionadas con aspectos de navegabilidad y/o economía. Fil: Cortínez, Víctor Hugo. Universidad Tecnológica Nacional; Argentina. Universidad Nacional del Sur; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina Fil: Stoklas, Cecilia Inés. Universidad Tecnológica Nacional; Argentina. Universidad Nacional del Sur; Argentina Fil: Dominguez, Patricia Neri. Universidad Tecnológica Nacional; Argentina. Universidad Nacional del Sur; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina

Los costos de inversión y operación de los sistemas de distribución son alrededor de 2/3 de los costos totales del sistema de potencia, por tal motivo el diseñador busca la respuesta de menor costo que cumpla las restricciones técnicas exigidas, pero corriendo el riesgo que la solución encontrada no será el optimo global. Afortunadamente existen gran cantidad de técnicas de optimización que ayudan a encontrar buenas soluciones. En este trabajo se habla acerca del diseño optimo de sistemas de distribución de energía. Abstract. The investment and operation cost of the distribution system is nearly 2/3 of the power system total cost, thats why the designer finds the optimal result that minimize the costs, according to the technical constraints. In general, it is not feasible to guarantee the solution found is the global optima. Nowadays, there are exist a great variety of optimization techniques which can provide satisfactory solutions. This thesis presents some topics about optimal design of distribution systems. Maestría

[EN] Urban water distribution systems age as cities continue growing, thus increasing water needs in terms of both quantity and quality. As a result, works on rehabilitation and modernization of the network are crucial in urban water management. When designing or expanding a network, not only the dimensions of the components must be considered, but also the operation of the system, so that the entire supply allows for the demands required by users at the required pressure. However, besides this traditional requirement, nowadays managers take into account other factors such as functional reliability and operation robustness, impact of sizing on water quality, CO2 emissions related to the system energy consumption, level of leakage in the network, and so on. It seems clear that the more complex and sophisticated system operation is in relation to its design and restrictions, the better solutions will be obtained. However, this approach significantly increases the size of the problem regarding the number of decision variables. This is the reason why, recently, most research on optimizing the design of new systems and the expansion or modernization of existing systems have been carried out by a new generation of heuristic methods that emerged in response to the high complexity of the problem statement, not only because of the number of variables of different nature, but also, above all, by the difficulty in some cases to shape the functional relationships between the variables, whether objective functions or constraints. Although heuristic techniques do not guarantee to find optimal solutions, unlike other exact methods, they contain action strategies able to achieve the objectives and find quasi-optimal solutions. Sometimes it may be preferable to find at least one approximate solution, provided it is feasible, in spite of the fact that a few parameters may not strictly satisfy a constraint. The main objective of this document is to analyze the problem of modernization and expansion of water distribution system, proposed in the recent literature, facing growing demand needs, from the perspective of meeting multiple objectives, not only economic optimization. The first step is to analyze the current performance of the system relative to a situation of future demand and, from this analysis, to identify possible actions to verify that future demands will meet requirements of pressure and quality. Actions on the network include changes or additions to the capacity of pipelines and pumping stations, the first goal being to supply the required demand to the required pressure. With this, additional objectives are considered, such as minimizing investment and operating costs (related to energy), minimizing CO2 emissions (associated with the production of the elements and the energy consumption of the system) and minimizing the residence time of water in the pipes (as an indirect measure of the quality of water). To address this problem we use a multi-objective perspective. In problems with multiple objectives, the interaction between them may impair one of them when improving the value of another. In general, there is no single optimal solution but a set of compromise solutions (Pareto optimal), which will support the decision on the final solution. This situation is easy to handle by the decision-maker when only two objectives are involved, but having more than two objectives pose additional problems, especially when there are conflicting objectives. However, it is also possible to recast the multi-objective problem into a single-objective one, either by grouping the different objectives into just one, or by suitably reformulating as constraints all but one of the objectives. This work attempts to analyze the nature of the problem and to find an optimal solution for the design and operation of a network so that multiple objectives are met, considering them either as part of an objective function to minimize or maximize, or as a set of constraints (hard or soft). In the development of this work a key tool in simulation of system performance, such as EPANET, has been used, combined with an application of Genetic Algorithms, EVOLVER, carrying the weight of the optimization process. EVOLVER works on an EXCEL spreadsheet, which allows efficient connection to EPANET through macros. These macros have been programmed in Visual Basic for Applications (VBA). The connection has been made possible thanks to the functions and procedures of the TOOLKIT library of EPANET., [ES] Los sistemas urbanos de distribución de agua envejecen al tiempo que las ciudades continúan creciendo, incrementando las necesidades de agua tanto en cantidad como en calidad. Es por ello que en la gestión del agua urbana son de capital importancia los trabajos de rehabilitación y modernización de la red. Cuando se plantea el diseño o ampliación de una red, no sólo se deben considerar las dimensiones de los componentes, también la operación del sistema, de manera que todo el conjunto permita suministrar las demandas requeridas por los usuarios a las presiones adecuadas. Pero además de este requisito tradicional, los gestores de hoy en día tienen en cuenta otros factores no funcionales como la fiabilidad y la robustez en el funcionamiento, el impacto del dimensionado en la calidad del agua, las emisiones de CO2 relacionadas con el consumo energético del sistema, el nivel de fugas en la red, etc. Parece evidente que cuanto más complejo y sofisticado sea el funcionamiento del sistema en relación a su diseño, y a las restricciones, mayores garantías ofrecerá la solución definitiva. Sin embargo este planteamiento incrementa considerablemente las dimensiones del problema, en cuanto al número de variables sobre las que decidir. Esta es la razón por la que, en los últimos tiempos, muchas de las investigaciones relativas a la optimización del diseño de nuevos sistemas, y a la ampliación o modernización de sistemas existentes, han estado protagonizadas por toda una nueva generación de metodologías heurísticas, surgidas en respuesta a la gran complejidad del planteamiento del problema, no solo por el número de variables de distinta naturaleza sino, sobre todo, por la dificultad que existe en algunos casos para dar forma a las relaciones funcionales entre las variables, bien sean funciones objetivo o restricciones. Las técnicas heurísticas si bien no garantizan encontrar la solución óptima, al contrario que otros métodos exactos, contienen las estrategias de acción para alcanzar los objetivos y encontrar soluciones realmente cercanas de la óptima. En ocasiones puede ser preferible encontrar al menos una solución aproximada, pero viable, aunque algunos pocos parámetros puedan no satisfacer estrictamente una restricción. El objetivo principal del trabajo es analizar el problema de la modernización/ampliación de un sistema de distribución de agua, planteado en la literatura reciente, que se enfrenta a unas necesidades de demanda de caudal creciente, ante la perspectiva de cumplir objetivos múltiples, no solamente la optimización económica. El primer paso consiste en analizar la situación del sistema actual en relación a una situación de demanda futura, y a partir de este análisis, determinar las posibles acciones a emprender para verificar las demandas futuras satisfaciendo los requisitos de presión de servicio y calidad. Las actuaciones sobre la red comprenden los cambios o ampliaciones en la capacidad de las tuberías y estaciones de bombeo, con un primer objetivo, que es poder suministrar las demandas previstas a la presión de servicio requerida. Si bien se plantean objetivos adicionales, como son minimizar los costes de inversión y de operación (energéticos), minimizar las emisiones de CO2 (asociadas a la producción de los elementos y al consumo energético del sistema) y minimizar el tiempo de residencia del agua en las tuberías, como una medida indirecta de la calidad del agua servida. La vía que se ha utilizado para abordar el problema es la optimización multiobjetivo. En los problemas con múltiples objetivos, la interacción entre ellos puede hacer que la mejora de alguno empeore el valor de los otros y que no exista una única solución óptima sino un conjunto de soluciones de compromiso (óptimos de Pareto) que apoyarán la decisión sobre la solución definitiva. Esta decisión puede manejarse bien por parte del decisor cuando sólo se consideran dos objetivos, pero se complica con más de dos, sobre todo cuando hay objetivos contrapuestos entre sí frente a otros que son compatibles. Sin embargo también cabría la posibilidad de replantear el problema multiobjetivo a un único objetivo, bien agrupando los distintos objetivos en uno solo bien reformulando todos los objetivos salvo uno como restricciones. Por ello, en este trabajo se busca analizar la naturaleza del problema y encontrar una solución óptima para el diseño y operación de una red, de manera que se satisfagan los múltiples objetivos, considerándolos bien como parte de una función objetivo a minimizar o maximizar, bien como un conjunto de restricciones (duras o blandas) del problema. En el desarrollo de este trabajo se ha utilizado EPANET como herramienta clave en la simulación del funcionamiento del sistema, en combinación con una aplicación de Algoritmos Genéticos, EVOLVER, que lleva el peso del proceso de optimización. EVOLVER trabaja en el entorno de la hoja de cálculo EXCEL, lo que permite la conexión con EPANET mediantes macros, que en este caso han sido programas en Visual Basic para aplicaciones (VBA). La conexión ha sido posible gracias a las funciones y procedimientos de la librería TOOLKIT de EPANET.

El agua subterránea presente en zonas costeras puede contaminarse con agua de mar cuando el volumen bombeado es superior a la recarga natural del sistema. De esta forma es posible que se produzca una intrusión salina en dichos acuíferos. Este problema puede evitarse calculando de forma apropiada el máximo caudal de agua que puede ser extraído. En tal sentido, en el presente trabajo, se desarrolla una herramienta computacional de diseño óptimo integrada con un proceso de simulación a los efectos de determinar el mayor rendimiento posible que puede tener el sistema de extracción. Tal rendimiento se mide en términos de la maximización del volumen de agua a extraer. El procedimiento de optimización está basado en una técnica de recocido simulado en combinación con el método de los elementos finitos (MEF). El modelo fue implementado en el programa de simulación por elementos finitos FlexPDE. Fil: Stoklas, Cecilia I.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; Argentina Fil: Cortinez, Victor Hugo. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina

[ES] El suministro de agua a las poblaciones tiene un papel básico en el desarrollo económico y social. En los países en vías de desarrollo el acceso a agua potable juega un papel relevante en la mayoría de los Objetivos de Desarrollo del Milenio, es por ello que en los proyectos de nuevos sistemas de abastecimiento (SDA) es básico un diseño que utilice tecnologías apropiadas. Dichas tecnologías deberán tener en cuenta los costes y medios necesarios para la operación y el mantenimiento de estos sistemas, siendo necesario prestar especial atención a la realidad social y a la disponibilidad de recurso hídrico en los contextos en los cuales van a dar servicio. Por otro lado, en un contexto desarrollado, la escasez y variabilidad de la disponibilidad de recurso hídrico, el creciente interés por la gestión integral del agua y el nexo agua-energía, así como por la optimización de la operación y el mantenimiento de los SDA, además del creciente interés por el diseño urbano sensible al agua (WSUD, en sus siglas en inglés) lleva a que se planteen sistemas de abastecimiento descentralizados, teniendo en cuenta la cosecha de agua de lluvia (RWH, en sus siglas en inglés) como recurso complementario, como alternativa a los sistemas centralizados convencionales de abastecimiento de agua. El objetivo principal de la presente tesina es proponer un modelo alternativo de sistema de abastecimiento de agua descentralizado teniendo en cuenta la cosecha de agua en su versión de sistema dual como recurso complementario. Siendo propuesta una metodología para el diseño multiobjetivo con el uso de AG y una evaluación complementaria de la operación para cada posible solución, logrando una visión global de cada una de las posibles soluciones que constituirán el frente de Pareto. En este trabajo se aborda la problemática de la disponibilidad de recurso hídrico como factor limitante en el diseño e implementación de un SDA nuevo, siendo este problema tenido en cuenta en un horizonte de 25 años en el diseño propuesto. Con el cambio de ¿filosofía¿ de sistema centralizado al de sistema descentralizado, añadiendo la alternativa de suministro complementario de agua descentralizado, se conseguirá ¿amortiguar¿ la escasez de recurso hídrico y un ahorro en la inversión en infraestructuras, así como en energía e insumos, tanto en los nuevos sistemas como en los que se precisa una ampliación de la cobertura. Para desarrollar lo citado anteriormente se hará uso del programa EPANET y de su Toolkit sobre Visual Basic, siendo desarrollado un programa que permita utilizar los Algoritmos genéticos para la optimización de la función objetivo propuesta y los cálculos requeridos para obtener las soluciones que constituirán el frente de Pareto., [EN] The water supply to the population has a key role in economic and social development. In developing countries access to safe drinking water plays an important role in most of the Millennium Development Goals, this is the reason why in water supply systems new projects (SDA) a design using appropriate technologies is basic. These technologies should take into account the costs and resources necessary for the operation and maintenance of these systems, being necessary to pay special attention to the social reality and the availability of water resources in the contexts where they will serve. On the other hand, in a developed context, scarcity and variability of water resource availability, the growing interest in integrated water management and water-energy nexus, and in optimizing the operation and maintenance of the SDA in addition to the growing interest in water sensitive urban design (WSUD, its acronym in English) leads to suggest decentralized supply systems, taking into account rain water harvesting (RWH, its acronym in English) as a supplementary resource, as an alternative to conventional centralized water supply. The main objective of this thesis is to suggest a decentralized alternative model of water supply system taking into account water harvesting in its dual system version as a supplementary resource. Being proposed a methodology for multi-objective design using GA and an additional assessment of the operation for each possible solution, getting a comprehensive overview of each possible solution what will make up the Pareto front. This paper deals with problems of water resource availability as a limiting factor in the design and carrying out of a new SDA, being this problem taken into account in a horizon of 25 years in the proposed design. With the change of "philosophy" of centralized to decentralized system, adding decentralized water complementary supply alternative, it will get "alleviate" the shortage of water resources and savings in infrastructure investment, as well as in energy and inputs both in new systems as in which an extension of coverage is needed. To develop the aforementioned it will use EPANET software and its Toolkit in Visual Basic, being developed a program that allows to do use of genetic algorithms for the optimization of the proposed objective function and the required calculations to obtain the solutions that will make up the Pareto front.