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Aproximación paramétrica del flujo óptimo de potencia usando redes neuronales : programa computacional para estudiar la aproximación paramétrica del flujo óptimo de potencia ac usando redes neuronales
Get PDFEste trabajo de integración curricular aborda el Flujo Óptimo de Potencia (OPF), que representa un problema de optimización complejo de resolver en tiempo real, por su requerimiento de tiempo computacional, debido a su naturaleza no lineal y no convexa, propias de las características físicas de la red eléctrica. Como alternativa, se emplea el modelo OPF-DC, una versión simplificada, que recurre a diversas aproximaciones para facilitar su resolución. No obstante, estas reducciones generan discrepancias importantes con respeto al primero. Para reducir esta brecha, se propone una metodología basada en una programación de dos niveles, llamada binivel, utilizando un código desarrollado en Julia. En el primero, se resuelve un problema aproximado denominado OPF-DC y en el segundo se incorporan restricciones a los parámetros de ajuste de la demanda de potencia activa, que permiten incorporar parte de la información perdida en dichas simplificaciones. Estos parámetros son aprendidos a través del entrenamiento fuera de línea en una red neuronal totalmente supervisada, escrita en lenguaje Python, que utiliza como referencia las soluciones obtenidas del modelo OPF-AC y del problema de optimización binivel. Estos parámetros permiten ajustar de forma subóptima la demanda, mejorando significativamente la precisión del modelo OPF-DC, en términos de costos totales, precios marginales locales y despachos de generación. Esta metodología es aplicada a los sistemas del IEEE, de 30 y 57 barras, cuyos resultados permiten deducir que la aproximación OPF-DC es válida respecto a los proporcionados por el OPF-AC.This curricular integration project addresses the Optimal Power Flow (OPF) problem, a complex optimization challenge that is difficult to solve in real time due to its high computational demands, stemming from the nonlinear and non-convex nature of electrical power networks. As an alternative, the DC Optimal Power Flow (DC-OPF) model—a simplified version that relies on various approximations to ease computation—is commonly used. However, such simplifications introduce significant discrepancies compared to the original model. To bridge this gap, a bilevel optimization methodology is proposed, implemented using Julia. At the upper level, the DC-OPF model is solved, while the lower level imposes constraints on parameters that adjust active power demand, allowing the model to recover part of the information lost through simplification.
These adjustment parameters are learned offline through a fully supervised neural network, implemented in Python, trained using solutions obtained from both the AC-OPF model and the bilevel optimization problem. The learned parameters enable suboptimal demand adjustments that significantly improve the accuracy of the DC-OPF model in terms of total cost, locational marginal prices (LMPs), and generation dispatch. This methodology is applied to IEEE test systems of 30 and 57 buses, demonstrating that the adjusted DC-OPF approximation yields results that are consistent with those from the more detailed AC-OPF model.Játiva Ibarra, Jesús Amado, director
Estudio de los desafíos que enfrentan las empresas de agua y saneamiento urbano con relación al cambio climático y la sostenibilidad, aplicando la herramienta ECAM a una planta de tratamiento de aguas residuales, en Quito, Ecuador: PTAR Quitumbe : evaluación de la huella de Carbono y el rendimiento energético de la PTAR Quitumbe, de la ciudad de Quito utilizando la herramienta ECAM
No full textEsta investigación evaluó las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y el consumo de energía en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) Quitumbe, ubicada en Quito, Ecuador, utilizando la Herramienta de Evaluación y Monitoreo del Desempeño Energético y Emisiones de Carbono (ECAM, por sus siglas en inglés). En 2023, la PTAR Quitumbe registró emisiones de 4030 tCO₂eq y un consumo energético aproximado de 16,580 kWh por cada 1,000 habitantes. Dado el crecimiento demográfico en Quito y la creciente generación de aguas residuales, estas cifras subrayan la urgencia de optimizar la gestión energética y reducir la huella de carbono. Si se mantiene el modelo operativo actual, se proyecta que para 2030 las emisiones aumentarán a 7018 tCO₂eq y el consumo energético ascenderá a aproximadamente 35,830 kWh por cada 1,000 habitantes, representando incrementos aproximados del 74% y 116%, respectivamente. Este estudio destaca la importancia del curso de Coursera sobre cambio climático para el manejo efectivo de ECAM, y subraya la necesidad crítica de implementar tecnologías avanzadas para la recuperación y uso del metano, así como la mejora de la eficiencia energética. La colaboración internacional es esencial para adaptar mejores prácticas y tecnologías innovadoras que contribuyan a la sostenibilidad del sector. La elección de 2030 como escenario futuro se alinea con los compromisos nacionales de Ecuador y los Objetivos de Desarrollo Sostenible, proporcionando un marco temporal para evaluar los progresos en adaptación y mitigación del cambio climático, y facilitando comparaciones internacionales.This research evaluated greenhouse gas (GHG) emissions and energy consumption at the Quitumbe Wastewater Treatment Plant (WWTP), located in Quito, Ecuador, using the Energy Performance and Carbon Emissions Assessment and Monitoring (ECAM) tool. In 2023, the Quitumbe WWTP recorded emissions of 4,030 tCO₂eq and an approximated energy consumption of 16,580 kWh per 1000 inhabitants. Given the population growth in Quito and the increasing wastewater generation, these figures highlight the urgent need to optimize energy management and reduce the carbon footprint. If the current operational model is maintained, emissions are projected to rise to 7,018 tCO₂eq by 2030, and energy consumption is expected to reach approximately 35,830 kWh per 1000 inhabitants, representing approximated increases of 74% and 116%, respectively. This study emphasizes the importance of the Coursera climate change course for effective ECAM management and highlights the critical need to implement advanced technologies for methane recovery and utilization, as well as improving energy efficiency. International collaboration is essential to adapt best practices and innovative technologies that contribute to the sector's sustainability. The choice of 2030 as the future scenario aligns with Ecuador's national commitments and the Sustainable Development Goals, providing a timeframe to assess progress in climate change adaptation and mitigation and enabling international comparisons
Estimación de matrices Origen-Destino (OD) : estimación de matrices Origen-Destino (OD) usando información de un sistema de cobro automático abierto
Get PDFLa planificación y optimización del transporte público es esencial para garantizar la movilidad diaria de los usuarios. El constante crecimiento poblacional y la conciencia ambiental que incrementa día con día son razones suficientes para pensar en formas de fomentar el uso del trans porte público. En los últimos años, en la ciudad de Cuenca ha existido un gran incremento de población. Por esto, es necesario buscar mejo ras en el sistema de transporte público. Para tal efecto, es indispensable entender la demanda del transporte en las distintas zonas y paradas de la ciudad mediante el uso de una matriz origen-destino. En el presente trabajo se desarrolla un modelo descriptivo, que se basa en el encade namiento de las validaciones de los usuarios, con el fin de reconstruir los viajes realizados por cada uno. En general, el modelo busca minimi zar el tiempo generalizado de viaje para estimar la parada de descenso más probable. Luego, se dividen los datos del día en franjas horarias con mayor y menor cantidad de validaciones, y sobre la matriz OD estimada se aplica el factor de expansión con el fin de tener la mayor cantidad de las transacciones con una parada de descenso designada, y que de este modo se asemeje a la demanda real.The planning and optimization of the public transportation is essential to ensure users’ daily mobility. The constant population growth and the en vironmental awareness which increases day by day are sufficient reasons to consider ways to encourage the use of public transportation. In re cent years, in the city of Cuenca has experienced significant population growth. Because of this, it is necessary to seek improvements in the pu blic transportation system. To that end, it is essential to understand the transportation demand across different areas and bus stops in the city through the use of an origin-destination (OD) matrix. This project deve lops a descriptive model based on linking users’ validations in order to reconstruct the trips made by each of them. In general, the model aims to minimize the generalized travel time in order to estimate the most pro bable alighting stop. Then, the daily data is divided into time slots with higher and lower numbers of validations. Based on the estimated OD matrix, an expansion factor is applied in order to include the greatest number of transactions with a designated drop-off stop, thereby better approximating the real demand.Gutierrez Pombosa, Sandra Elizabeth, director
Aplicaciones de la modelización estadística espacio temporal en ecología : modelización de la distribución espacio y/o temporal de ranas aposemáticas en el Ecuador Continental
Get PDFLas crecientes amenazas de la deforestación, el cambio climático y las actividades humanas ponen en riesgo la supervivencia de las ranas dendrobátidas en Ecuador. Para enfrentar este desafío, se implementó un marco robusto de modelización de distribución de especies (SDM) basado en aprendizaje profundo para predecir hábitats idóneos para estos anfibios aposemáticos. El enfoque integra datos de presencia únicamente con dos tipos distintos de pseudoausencias —puntos aleatorios de fondo y puntos de fondo de grupo objetivo— con el fin de mitigar el sesgo de muestreo y mejorar la capacidad de generalización del modelo. Implementamos un perceptrón multicapa para predicción multiespecie, entrenado con un conjunto integral de covariables ambientales y topográficas. De manera crucial, el modelo incorpora una función de pérdida ponderada completa, que permite asignar pesos diferenciales a las presencias, pseudoausencias y desbalances a nivel de especie. Los resultados demuestran que esta metodología, mejora significativamente la robustez del modelo, identificando con precisión hábitats ecológicamente plausibles incluso en regiones con escaso muestreo. Este trabajo no solo destaca el potencial del aprendizaje profundo para superar retos críticos en la modelización ecológica, sino que también ofrece información valiosa para la conservación dirigida y el monitoreo de la biodiversidad de anfibios.The escalating threats of deforestation, climate change, and human activities jeopardize the survival of Dendrobatid frogs in Ecuador. To address this, we implemented a robust species distribution modeling (SDM) framework leveraging deep learning to predict suitable habitats for these aposematic amphibians. The approach uniquely integrates presence-only data with two distinct types of pseudo-absences—random background and target-group background points—to mitigate sampling bias and enhance model generalization. We implemented a multi-layer perceptron for multi-species prediction, trained on a comprehensive dataset of environmental and topographic covariates. Crucially, the model incorporates a full weighted loss function, enabling differential weighting of presences, pseudo-absences, and species-level imbalances. Our results demonstrate that this methodology significantly improves model robustness, accurately identifying ecologically plausible habitats even in under-sampled regions. This work not only highlights the power of deep learning to overcome critical challenges in ecological modeling but also provides actionable intelligence for targeted conservation and biodiversity monitoring in a global hotspot of amphibian diversity.Uquillas Andrade, Adriana, director
Diseño y simulación de los elementos radiantes para la red de comunicaciones del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional que opera en el rango de UHF : diseño y simulación de un arreglo de dipolos que opere en la banda de UHF
Get PDFEl presente trabajo de integración curricular se enfoca en el diseño y simulación de un arreglo de antenas dipolo cuya frecuencia de operación se encuentra en la banda de UHF a los 921.5MHz, utilizando un software de simulación electromagnético tridimensional para determinar el nivel de adaptación, ancho de banda, además de las características de radiación como ganancia y directividad. El primer capítulo presenta el objetivo general, objetivos específicos y el alcance del trabajo, además del marco teórico de la antena dipolo, el cual incluye los principios fundamentales y parámetros de una antena como: ganancia, directividad, diagrama de radiación, impedancia, ancho de banda y eficiencia. Por otro lado, se presentan las características de una antena dipolo de media longitud de onda y los criterios de diseño. Finalmente, también se revisa el concepto de arreglo de antenas junto con el proceso de diseño. En el segundo capítulo, se presenta la metodología utilizada en el proceso de diseño del elemento individual y del arreglo de antenas dipolo a la frecuencia de operación. Luego, con la ayuda del software ANSYS Electronics, se procede a modelar las estructuras y a modificar sus dimensiones para cumplir las especificaciones requeridas por el sistema. En el tercer capítulo se analizan los resultados de las simulaciones del elemento individual y del arreglo. Finalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones del trabajo realizado.This curricular integration work focuses on the design and simulation of a dipole antenna array operating in the UHF band, using three-dimensional electromagnetic simulation software, in which radiation characteristics such as gain and directivity will be analyzed with better results compared to those of a single individual element. The first chapter presents the general objective, specific objectives, and the scope of the work, in addition to the theoretical framework of the dipole antenna, which includes the fundamental principles and parameters of an antenna such as: gain, directivity, radiation diagram, impedance, bandwidth and efficiency. On the other hand, the characteristics of a half-wavelength dipole antenna and its design process are presented. Finally, the concept and antenna array together with the design process. The second chapter is composed of the methodology, here the design process of the individual element at the UHF band frequency and the dipole antenna array is detailed. The third chapter presents the results of the simulations of the individual element and the array in the three-dimensional electromagnetic simulation software, emphasizing the performance of the antenna array after the modifications made to the structure. Finally, the conclusions and recommendations that will be derived from the analysis of these results are presented
Evaluación de la calidad del agua de los sistemas de riego Machachi- Tambillo y Latacunga-Salcedo-Ambato, para la determinar el grado de cumplimiento con la normativa y salvaguardar la seguridad alimentaria local: evaluación de la calidad del agua del sistema de riego Machachi- Tambillo en el área de influencia El Ordeño, para la determinar el grado de cumplimiento con la normativa y salvaguardar la seguridad alimentaria local.
Get PDFEl presente trabajo de integración Curricular evalúo la calidad del agua en el sistema de riego Machachi-Tambillo, en la zona de influencia de la Industria “El Ordeño”, por medio de parámetros físicos, químicos y microbiológicos, con el fin de determinar el grado de cumplimiento con la normativa actual vigente. El sistema se ubica en la parte derecha de la Panamericana E35 en sentido Sur-Norte; considerando las variables espaciales, temporales y de accesibilidad, se seleccionaron 4 puntos de muestreo a lo largo del tramo estudiado, con 8 monitoreos periódicos, cada 15 días, durante 4 meses continuos en el inter periodo verano e invierno, con un total de 39 parámetros analizados, siguiendo los procedimientos estandarizados, algunos parámetros fueron determinados in situ y la mayoría en el Laboratorio Docente de Ingeniería Ambiental (LDIA). Debido a que en el año 2024 fue atípico, por efecto del fenómeno “La niña”, caracterizado por ausencia de lluvias, los resultados de los análisis de calidad del agua fueron promediados para cada punto del muestreo y los valores fueron comparados con las Tablas 3 y 4 del Anexo 1 del TULSMA y los criterios definidos por la FAO. En todos los puntos de muestreo y monitoreos se incumple con la calidad del agua está acorde a la normativa, pero incumple con la calidad microbiológica del agua con exceso de coliformes fecales hasta 5 veces el valor permitido (1000 NMP/100 mL), siendo las descargas industriales y domésticas, las que generan esta contaminación.The present curricular integration work evaluated water quality in the Machachi-Tambillo irrigation system, in the area of influence of the “El Ordeño” industry, by means of physical, chemical and microbiological parameters, in order to determine the degree of compliance with the current regulations in force. The system is located on the right side of the Pan-American Highway E35 in the South-North direction; considering the spatial, temporal and accessibility variables, 4 sampling points were selected along the studied section, with 8 periodic monitoring, every 15 days, during 4 continuous months in the summer and winter periods, with a total of 39 analyzed parameters, following standardized procedures, some parameters were determined in situ and most of them in the Environmental Engineering Teaching Laboratory (LDIA). Since the year 2024 was atypical, due to the effect of the “La niña” phenomenon, characterized by the absence of rainfall, the results of the water quality analyses were averaged for each sampling point and the values were compared with Tables 3 and 4 of Annex 1 of the TULSMA and the criteria defined by FAO. In all sampling and monitoring points, the water quality does not comply with the regulations, but it does not comply with the microbiological water quality with excess of fecal coliforms up to 5 times the permitted value (1000 NMP/100 mL), being the industrial and domestic discharges the ones that generate this contamination
Control de seguimiento de trayectoria y teleoperación de un robot móvil turtlebot Burger : control de seguimiento de trayectoria para un robot móvil.
Get PDFEste trabajo de titulación se enfoca en el desarrollo de dos controladores de seguimiento de trayectoria para el robot TurtleBot3 Burger. Además, se presenta el controlador de posición y se detalla la implementación de cada uno de los controladores mencionados, incluyendo sus respectivas leyes de control. También se describe el funcionamiento de la interfaz gráfica de usuario (HMI), la cual permite seleccionar el controlador deseado y visualizar los resultados obtenidos en tiempo real. Finalmente, se exponen y analizan los resultados experimentales correspondientes a los dos controladores de seguimiento y al controlador de posición.In this degree project, two trajectory tracking controllers were developed for the TurtleBot3 Burger robot. In addition, the position controller is presented and the implementation of each of the aforementioned controllers is detailed, including their respective control laws. The operation of the graphical user interface (HMI) is also described, which allows the desired controller to be selected and the results obtained to be viewed in real time. Finally, the experimental results corresponding to the two trajectory tracking controllers and the position controller are presented and analyzed
Biomecánica de la postura y a efecto del aprendizaje en estudiantes de un aula de clases : diseño de una tecnica de valoracion de la postura en estudiantes de un aula de clases.
Get PDFEsta investigación da importancia al análisis de concentraciones de dióxido de carbono CO₂ en el aula de clases de los estudiantes, donde al presentarse diferentes escenarios de investigación se denota las diferentes concentraciones afectado a las posturas corporales y la atención de los estudiantes. Para las capturas de movimiento se utiliza el video análisis con softwares especializados como es Tracker y Matlab, los niveles de CO₂ se miden mediante sensores ambientales que también nos permiten analizar las variables de temperatura y humedad. El estudio evalúa las variables cinemáticas como es la posición, velocidad, aceleración y jerk, con un enfoque en el movimiento del cuellocabeza, para este análisis es necesario el diseño de un protocolo experimental que permita registrar los datos de forma precisa integrando los algoritmos de análisis y técnicas estadísticas para normalizar los resultados.This research gives importance to the analysis of carbon dioxide concentrations CO₂ in the classroom of the students, where when different research scenarios are presented, the different concentrations affected to the body postures and attention of the students are denoted. For motion captures, video analysis is used with specialized software such as Tracker and Matlab, CO₂ levels are measured by environmental sensors that also allow us to analyze the variables of temperature and humidity. The study evaluates kinematic variables such as position, velocity, acceleration and jerk, with a focus on the movement of the neckhead, for this analysis it is necessary to design an experimental protocol that allows recording data accurately integrating analysis algorithms and statistical techniques to normalize the results
Diseño y simulación de una bancada de ensayos para evaluación de desgaste por abrasión en superficies de acero : simulación numérica del desgaste erosivo producido por un chorro bifásico sobre una placa de acero usando OpenFOAM.
No full textEl desgaste erosivo es un problema importante en diversas aplicaciones industriales, concretamente en la industria de generación de energía, este problema es bastante común en las turbinas expuestas a flujos bifásicos con partículas sólidas provenientes de los sedimentos fluviales. Asimismo, el fenómeno descrito apresura el deterioro de las paletas, reduciendo su vida útil y afectando directamente a la eficiencia operativa. Por otro lado, en el presente estudio, se realiza una simulación numérica del desgaste erosivo causado por un chorro bifásico impactando sobre una placa de acero, con el objetivo de analizar su efecto en las paletas de las turbinas. El estudio emplea OpenFOAM como herramienta de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para modelar la interacción entre las fases liquida y solida del chorro. Además, la erosión es evaluada mediante el modelo de erosión de Finnie, teniendo en cuenta los parámetros como tamaño de las partículas, velocidad de chorro, concentración de las partículas y propiedades del material y su recubrimiento. Es importante aclarar, que la variable más importante en el trabajo es el ángulo de ataque, debido a que influye directamente en el patrón y en la tasa de erosión. Finalmente, los resultados obtenidos permiten evaluar la relación entre el ángulo de ataque y la tasa de desgate, permitiendo acceder a información clave para determinar el desgaste prematuro de las paletas de las turbinas, esto ayuda a tener un rediseño en la forma de la paleta y en el material tanto principal como recubrimiento.Erosive wear represents a critical issue in various industrial applications, particularly in the hydropower generation sector. This phenomenon is commonly observed in hydraulic turbines exposed to multiphase flows carrying solid particles derived from riverbed sediments. The presence of these particles accelerates the deterioration of turbine blades, significantly reducing their service life and compromising the system's operational efficiency. In this study, a numerical simulation is developed to analyze the erosion process induced by a multiphase jet impacting a steel surface. The main objective is to investigate the wear mechanisms and their influence on the structural integrity of turbine components, providing relevant insights for the design and maintenance of equipment operating under abrasive flow conditions. The study employs OpenFOAM as a Computational Fluid Dynamics (CFD) tool to model the interaction between the liquid and solid phases within the multiphase jet. Erosive wear is assessed using Finnie’s erosion model, taking into account key variables such as particle size, jet velocity, particle concentration, and the properties of both the base material and its protective coating. It is important to highlight that the angle of attack is identified as the most influential variable in the analysis, as it directly affects both the erosion pattern and the wear rate on the metallic surface. The results enable the establishment of a clear relationship between the angle of attack and the erosion rate, offering critical data for predicting the premature degradation of turbine blades. These findings provide a robust technical basis for recommending improvements in blade geometry and the selection of both substrate materials and surface coatings, with the aim of enhancing erosion resistance and extending the service life of components exposed to abrasive multiphase flows
Diagramas termodinámicos interactivos del ciclo stirling tipo alfa, stirling tipo beta y stirling tipo gamma: diagramas termodinámicos interactivos del ciclo stirling tipo alfa.
No full textEn este proyecto se presenta el desarrollo de un software en Python, denominado S.E.α (Stirling Engine Alpha) con el fin de determinar de forma gráfica la energía, entropía y exergía de un motor Stirling tipo Alfa. El software muestra una pantalla con varias secciones que permite al usuario, de manera interactiva, colocar variables de entrada asociados con su ciclo termodinámico como la temperatura máxima, temperatura mínima, relación volumétrica, eficiencia del regenerador, presión atmosférica y temperatura ambiente, que fueron determinados a partir de un problema tipo seleccionado. A parte del alcance principal de este proyecto, se determina el efecto que tiene la eficiencia del regenerador en relación con los demás parámetros termodinámicos resultantes del ciclo. Con todo ello, el software permite escoger un método de cálculo, en el caso de la energía, se puede analizar tanto por el método exacto como por el método aproximado. También permite mostrar los resultados de cada estado y proceso del ciclo, a partir de los parámetros de entrada establecidos, para representarlos de manera numérica y poderlos interpretar de manera gráfica. Por otra parte, se realiza una verificación de los resultados obtenidos mediante un método analítico (Cengel) y una comparación con el software TermoGraf demostrando la confiabilidad y precisión de los resultados. Finalmente, se hace un análisis de sensibilidad de las gráficas obtenidas para observar el comportamiento de las propiedades termodinámicas del ciclo con la variación de los parámetros de entrada.This project presents the development of a Python software program called S.E.α (Stirling En-gine Alpha) to graphically determine the energy, entropy, and exergy of an Alpha Stirling en-gine. The software displays a multi-section screen that allows the user to interactively enter in-put variables associated with its thermodynamic cycle, such as maximum and minimum tem-peratures, volumetric ratio, regenerator efficiency, atmospheric pressure, and ambient tem-perature, which were determined from a selected problem type. Aside from the main scope of this project, the effect of regenerator efficiency on the other thermodynamic parameters result-ing from the cycle is determined. The software allows users to choose a calculation method; in the case of energy, it can be analyzed using either the exact or approximate methods. It also allows users to display the results of each state and process of the cycle, based on the estab-lished input parameters, to represent them numerically and interpret them graphically. Further-more, the results obtained are verified using an analytical method (Cengel) and compared with the TermoGraf software, demonstrating the reliability and accuracy of the results. Finally, a sensitivity analysis of the obtained graphs is performed to observe the behavior of the cycle's thermodynamic properties with varying input parameters