Repositorio Digital UVG ((Universidad del Valle de Guatemala)
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Evaluation of machine learning models for short-term precipitation forecasting in Guatemala
No full textFormato PDF digital — 100 páginas — incluye gráficos, tablas y referencias bibliográficas.Esta investigación se centra en la evaluación de diferentes modelos de machine learning para el
pronóstico de la precipitación en Guatemala con un día de anticipación. Se desarrollan modelos de
clasificación de lluvia binaria para predecir la ocurrencia de lluvia y modelos basados en percentiles
para estimar su intensidad en comparación con registros pasados. Además, se construyen modelos de
regresión para pronosticar la anomalía absoluta de precipitación respecto del promedio climatológico.
El entrenamiento de los modelos se realiza con la base de datos meteorológicos proporcionada por
el Instituto Nacional de Sismología, Vulcanología, Meteorología e Hidrología (INSIVUMEH).
Cada modelo es sometido a tres evaluaciones: con datos de la época seca, de la época lluviosa y del
año completo (evaluación general). El rendimiento de los modelos de machine learning es comparado
con el del modelo numérico Weather Research and Forecasting (WRF), utilizado actualmente por
INSIVUMEH en el pronóstico de precipitación diaria.
Los resultados muestran que la exactitud general se encuentra entre el 26 % y el 65 % para los
modelos de percentiles y entre el 55 % y el 75 % para los modelos de lluvia binaria. Los modelos de
regresión presentaron un MAE entre 5.14 mm y 6.50 mm al ser evaluados con datos de todo el año. El
23 % de los modelos de lluvia binaria y el 96 % de los modelos de regresión superaron los resultados de
evaluación general de WRF, mientras que los modelos de percentiles obtuvieron resultados por debajo
del modelo de referencia en esta misma evaluación. Las mejores combinaciones de parámetros para
los modelos de clasificación resultaron ser bosque aleatorio y XGBoost con 100 árboles de decisión,
y para los modelos de regresión fueron la regresión lineal múltiple y la regresión polinomial. No se
observó un cambio relevante al implementar las diferentes combinaciones de variables y número de
días en el rango de observación que se utilizan como predictores. En general, el rendimiento durante
la época seca fue mejor en comparación con la época lluviosa, debido a la diferencia de la variabilidad
de precipitación entre ambas épocas.This research focuses on the evaluation of different machine learning models for forecasting precipitation in Guatemala one day in advance. Binary rainfall classification models were developed to predict the occurrence of rain, and percentile-based models were implemented to estimate its intensity in comparison with past records. In addition, regression models were built to forecast the absolute precipitation anomaly relative to the climatological average.
The training of the models was conducted using meteorological data provided by the National Institute of Seismology, Volcanology, Meteorology, and Hydrology (INSIVUMEH). Each model was evaluated under three scenarios: using data from the dry season, the rainy season, and the entire year (general evaluation). The performance of the machine learning models was compared with that of the numerical Weather Research and Forecasting (WRF) model, which is currently used by INSIVUMEH for daily precipitation forecasting.
The results show that overall accuracy ranged between 26% and 65% for percentile models and between 55% and 75% for binary rainfall models. The regression models achieved a Mean Absolute Error (MAE) between 5.14 mm and 6.50 mm when evaluated with data from the entire year. Twenty-three percent of the binary rainfall models and ninety-six percent of the regression models outperformed the general evaluation results of the WRF model, while the percentile models performed below the reference model in this same evaluation.
The best parameter combinations for the classification models were Random Forest and XGBoost with 100 decision trees, while for regression models, multiple linear regression and polynomial regression performed best. No significant changes were observed when implementing different combinations of variables and numbers of observation days used as predictors. Overall, performance during the dry season was better compared to the rainy season, due to the difference in precipitation variability between both periods.PregradoLicenciado en Físic
New technologies for remote and continuous monitoring of slope movements
No full textFormato PDF digital — 78 páginas — incluye gráficos, tablas y referencias bibliográficas.Al momento de realizar cualquier tipo de construcción es importante tomar en cuenta ciertos
factores que generan riesgos significativos a cualquier infraestructura. Uno de estos riesgos son los
deslizamientos de taludes. Un deslizamiento es un tipo de fenómeno que actúa de taludes naturales
o artificiales configurados geométricamente y se define como el movimiento de una masa rocosa,
escombros o tierra bajo la influencia de la gravedad. Muchos deslizamientos exhiben una combinación de diferentes tipos de movimientos. Son causados por alteraciones en el equilibrio natural de
una pendiente debido a precipitaciones, cambio en la temperatura y a acciones humanas. Pueden
producirse durante lluvias, terremotos y erupciones volcánicas. (Gariano & Guzzetti, 2016)
Los deslizamientos están presentes en todo el mundo y juegan un papel importante en la evolución
de los paisajes y logran ser bastante destructivos dependiendo de su volumen y velocidad. Se han
registrado deslizamientos que llegan a alcanzar velocidades mayores a los 160 kilómetros por hora.
Ocasionan daños materiales a viviendas y áreas agrícolas. Además, arrasan con carreteras y líneas
de comunicación, afectando la infraestructura de la región afectada. (CDG, 2018)
Debido a esto, son eventos geológicos peligrosos que tienen consecuencias significativas para las
personas y el entorno. La comprensión de las causas y factores involucrados en la generación de
este fenómeno, junto con la implementación de medidas preventivas y de mitigación, es esencial
para reducir el riesgo asociado con los movimientos de taludes. Actualmente, se están empezando
a emplear equipos y softwares dedicados a la recopilación de información precisa relacionado al
movimiento de estos empleando instrumentos de monitoreo.
En el presente trabajo se evaluaron distintos equipos topográficos en condiciones similares con
el objetivo de determinar si existe una diferencia significativas entre utilizar equipos modernos o
equipos topográficos convencionales. Además, se determinaron sus tiempos de medición, exactitud,
precisión y ventajas.When carrying out any type of construction, it is important to take into account certain factors that pose significant risks to any infrastructure. One of these risks is slope landslides. A landslide is a type of phenomenon that occurs on natural or artificial slopes that are geometrically configured and is defined as the movement of a mass of rock, debris, or soil under the influence of gravity. Many landslides exhibit a combination of different types of movements. They are caused by alterations in the natural balance of a slope due to rainfall, temperature changes, and human activities. They can occur during rainstorms, earthquakes, and volcanic eruptions (Gariano & Guzzetti, 2016).
Landslides are present worldwide and play an important role in the evolution of landscapes. They can also be highly destructive depending on their volume and velocity. Some recorded landslides have reached speeds exceeding 160 kilometers per hour. They cause material damage to homes and agricultural areas and sweep away roads and communication lines, affecting the infrastructure of the impacted region (CDG, 2018).
Because of this, landslides are hazardous geological events that have significant consequences for people and the environment. Understanding the causes and factors involved in the generation of this phenomenon, along with the implementation of preventive and mitigation measures, is essential to reduce the risks associated with slope movements. Currently, dedicated equipment and software are being used to collect precise information related to these movements through monitoring instruments.
In this study, different topographic instruments were evaluated under similar conditions to determine whether there are significant differences between the use of modern equipment and conventional topographic instruments. Additionally, their measurement times, accuracy, precision, and advantages were determined.PregradoLicenciado en Ingeniería Civi
Desarrollo y caracterización de harina de banano (Musa cavendish) y chía (Salvia hispánica) como alternativa para elaboración de productos libres de gluten
No full textEl presente trabajo de graduación tiene como objetivo el caracterizar una harina compuesta de banano (Musa cavendish) y chía (Salvia hispánica), orientada a su uso en productos libres de gluten. Reconociendo el liderazgo de Guatemala en la exportación de banano y la creciente demanda de alimentos sin gluten, el estudio buscó innovar en la industria alimentaria guatemalteca mediante la promoción de la economía circular y la creación de productos de alto valor a partir de descartes de banano que no cumplen con la calidad para ser exportados. Se enfocó en optimizar el proceso de producción de la harina de banano y formular la combinación adecuada con chía para lograr una harina que cuente con propiedades tecnológicas apropiadas para ser utilizada en productos libres de gluten.This graduation project focuses on characterizing a composite flour made from banana (Musa cavendish) and chia (Salvia hispánica), intended for use in gluten-free products. Considering Guatemala's leadership in banana exports and the increasing demand for gluten-free foods, this study proposes an innovation in the local food industry by utilizing discarded bananas that do not meet export standards. The main goal is to promote a circular economy and generate high-value nutritional and technological products. The production process of banana flour was optimized, and an appropriate mixture with chia was formulated to achieve a flour with the necessary technological properties for use in gluten-free products. This approach not only offers a sustainable solution to agricultural waste but also contributes to diversifying the healthy food options available in the market.PregradoLicenciado en Ingeniería en Ciencia de los Alimento
Obtención de ganancias para maniobra de detumbling de CubeSats basado en Regulador Cuadrático Lineal
No full textRevista de la Universidad del Valle de Guatemala. Artículo de Investigación. Laboratorio Aeroespacial Departamento de Ingeniería Mecánica (63-67 p.)La finalidad de esta investigación fue el diseño e implementación de un controlador capaz de estabilizar un CubeSat 3U a pesar de su diferencia de inercias proveniente de su geometría, el cual es un tipo de satélite miniaturizado cuyas dimensiones son aproximadamente 10 x 10 x 30 cm. Se llevaron a cabo simulaciones numéricas que representan el comportamiento del satélite, específicamente la orientación de este y sus velocidades angulares. Para ello, se definió el modelo matemático del satélite en Matlab
Evaluation of multi-agent coverage control algorithms within the Robotat ecosystem for future applications of pollution measurement in bodies of water
No full textFormato PDF digital — 80 páginas — incluye gráficos, tablas y referencias bibliográficas.El objetivo principal de este trabajo fue implementar, contrastar y validar algoritmos de
control de cobertura multi-agente básicos para redes de sensores móviles. Utilizando como
inspiración la contaminación en el lago de Atitlán, se planteó una problemática de control de
cobertura para censar y monitorear un área de trabajo. Como primer paso para encontrar
una solución, se realizó una investigación de distintos algoritmos de control de cobertura
multi-agente.
Se seleccionó uno basado en diagramas de Voronoi debido a su robustez para el control
de cobertura, adaptibilidad a sistemas dinámicos y capacidad para implementar puntos de
concentración. Una vez nalizado esto, se prosiguió con el desarrollo de un entorno de simu lación simple pero representativo, el cual utilizó Matlab como su lenguaje de programación.
Este entorno permitió ajustar distintos parámetros, logrando simular hasta 1,000 agentes sin
problemas, convergiendo a partir de los 8 agentes y modelando diferentes escenarios según
las necesidades del área de trabajo.
Luego, se llevó esta solución al ecosistema Robotat, utilizando robots Pololu 3PI+. Se
calibró e implementó un controlador PID de acercamiento exponencial que permitió a los
agentes alcanzar sus posiciones objetivo con un margen de error de posición del 10 %. Posteriormente, se incorporaron puntos de concentración para imitar los focos de contaminación
por cianobacterias. Estos puntos fueron modelados como gradientes de decaimiento exponencial, de manera que las zonas más críticas son priorizadas por los agentes sin que se
descuide la cobertura general.
Finalmente, el algoritmo fue simulado sobre una proyección del lago de Atitlán. Se simularon varios puntos de concentración y el movimiento de 20 agentes iniciando desde posiciones
aleatorias, observándose cómo se distribuían, asignándose al menos un agente por foco de
contaminación y manteniéndose la cobertura en áreas no contaminadas.
Este trabajo crea una base sólida para una futura implementación en cuerpos de agua.
No obstante, es relevante que se investiguen distintas plataformas robóticas y protocolos de
comunicación que sean capaces de funcionar bajo las condiciones más extremas vistas en
cuerpos de agua.The primary goal of this project was to implement, analyze, and validate fundamental
multi-agent coverage control algorithms for mobile sensor networks. Inspired by the issue of
pollution in Lake Atitlán, the study addressed a coverage control problem aimed at surveying
and monitoring a designated area. The initial step involved researching various multi-agent
coverage control algorithms.
A Voronoi-based approach was selected due to its robustness in coverage control, adap tability to dynamic systems, and ability to implement concentration points. Following this,
a simple yet representative simulation environment was developed using MATLAB as the
programming platform. This simulation environment allowed ne-tuning of various para meters and successfully simulated up to 1,000 agents, with convergence beginning at eight
agents. Di erent scenarios were modeled to meet the speci c needs of the target area.
The solution was then implemented in the Robotat ecosystem using Pololu 3PI+ robots.
A PID controller with exponential convergence was calibrated and applied, enabling agents
to reach their target positions with a position error margin of 10 %. Concentration points
were later introduced to simulate cyanobacteria contamination hotspots. These points were
modeled as exponential decay gradients, prioritizing critical zones while maintaining overall
area coverage.
Finally, the algorithm was simulated on a projection of Lake Atitlán. Several concentration points were modeled alongside the movement of 20 agents starting from random
positions. The simulation demonstrated how agents distributed themselves efectively, with
at least one agent assigned to each contamination hotspot while ensuring coverage of un contaminated areas.
This work provides a strong foundation for future implementations in aquatic environments. However, further research is needed into robotic platforms and communication pro tocols that can operate under the extreme conditions commonly found in bodiePregradoLicenciado en Ingeniería Mecatrónic
Properties and analytical solution of the spherical pendulum: model correction using machine learning
No full textThe period obtained from evaluating the integral was more accurate than the approximation; however, both methods showed collective errors below 4%. The error in calculating was below 10%, and the type of oscillation was correctly predicted in all experiments. The analytical solutions with the lowest error corresponded to set 2, with mean MdAPE values of θ.
To evaluate models and properties. Due to the systematic error of the analytical solutions, machine learning algorithms (Random Forest, XGBoost, and feedforward neural networks) were trained to correct them and create hybrid models. The period obtained by evaluating the integral was more accurate than the approximation, but both methods had collective errors of less than 4%; the error for the calculation of θf was less than 10%, and the type of oscillation was correctly predicted in all experiments. The analytical solutions with the lowest error were those in set 2, with an average MdAPE of...
En este estudio se hicieron propuestas de aporte a la teoría del péndulo esférico: 3 conjuntos de
modelos analíticos (θ, ϕ), una aproximación para la frecuencia angular de θ, una integral explícita
para su período, una expresión para el ángulo extremo θf con su valor límite y caracterización
del signo de la amplitud de oscilación. Se experimentó con un péndulo esférico con una base de
MDF para evaluar modelos y propiedades. Debido al error sistemático de las soluciones analíticas,
se entrenaron algoritmos de aprendizaje automático (Random Forest, XGBoost y Redes Neuronales
feedforward) para corregirlas y crear modelos híbridos. El período obtenido evaluando la integral fue
más exacto que la aproximación, pero ambos métodos presentaron errores colectivos menores al 4 %;
el error para el cálculo de θf fue menor al 10% y se predijo correctamente el tipo de oscilación en
todos los experimentos. Las soluciones analíticas con menor error fueron las del conjunto 2, con un
MdAPE medio de (θ2(t): 18 %, ϕ2(t): 11.7 %); θ3(t) presentó el mayor R2 por considerar amplitudes
intercalantes. Se obtuvieron, en general, menores valores de MdAPE y R2 mayores para θ con los
modelos híbridos, siendo el algoritmo XGBoost el que presentó mayor desempeño; mejoró significativamente
la descripción de θ, pero no la de ϕ, principalmente por la no conservación del moméntum
angular. Se recomienda idear un método de lanzamiento que garantice la condición θ˙(0) = 0 y diseñar
experimentos explorando otras bases para el péndulo con el objetivo de comprobar propiedades
pendientes, como el límite del ángulo extremo.PregradoLicenciado en FísicaFormato PDF digital — 132 páginas — incluye gráficos, tablas y referencias bibliográficas
Redacción y estilo para la escritura académica
No full textArtículo de Academic Writing Lab.La escritura académica, es una habilidad esencial para la vida universitaria y profesional. A través de esta, demuestras la capacidad de comunicar ideas de forma adecuada para presentar investigaciones, reportes y descubrimientos científicos
Upgrade of an analog modular synthesizer and design of a user preset memory module
No full textFormato PDF digital — 94 páginas — incluye gráficos, tablas y referencias bibliográficas.El presente trabajo de graduación se enfocó en la actualización y rediseño de un sintetizador analógico modular, en el cual se integró un nuevo módulo con el objetivo de que
las configuraciones personalizadas del usuario pudieran ser guardadas. En primer lugar, se
realizó una fase de simulación y creación de prototipos, utilizando herramientas avanzadas
como el software LTSpice para que los circuitos teóricos fueran modelados y refinados antes
de su implementación física. Además, se llevó a cabo una meticulosa selección de componentes para garantizar no solo la calidad y compatibilidad, sino también el cumplimiento de
las restricciones presupuestarias del proyecto. Posteriormente, se procedió con el diseño y la
fabricación de placas de circuito impreso (PCB), apoyándose en corporaciones especializa das como JLCPCB, con el fin de obtener resultados óptimos y profesionales. Finalmente, se
elaboró una carcasa para el sintetizador, brindando una protección sólida y una presentación
estética que reflejara tanto la complejidad técnica como el potencial creativo del instrumento.
Este proyecto fue diseñado no solo para actualizar un sintetizador modular, sino también
para dar respuesta a la creciente demanda de preservación de sistemas meramente analógicos
en el ámbito musical. Además, se integraron componentes de vanguardia mediante el uso
de semiconductores modernos. Por último, el sintetizador modular analógico fue concebido
como una herramienta de aprendizaje en la síntesis de audio y una oportunidad para explorar
la creatividad dentro de la ingeniería electrónica enfocada en la tecnología de audio.
En cuanto a los resultados obtenidos en las simulaciones y en las pruebas de las placas
físicas, a pesar de haberse mostrado un alto grado de fidelidad en LTSpice, las no linealidades y tolerancias de los componentes reales causaron variaciones en las mediciones, sin
comprometer el rendimiento del sintetizador.
Finalmente, se propuso una serie de recomendaciones para futuros desarrollos, como el
enriquecimiento del sintetizador modular mediante la continua adición de módulos. Además,
para los circuitos destinados a almacenar configuraciones de usuario, se sugirió la implementación de soluciones digitales para minimizar posibles errores y reprocesos asociados con los
circuitos analógicos. También se recomendó mejorar la eficiencia en el manejo de memoria
para el almacenamiento de múltiples configuraciones. Finalmente, se aconsejó que el marco
de la carcasa fuera fabricado en una sola pieza para aumentar su rigidez.This graduation project focused on the updating and redesign of a modular analog
synthesizer, in which a new module was integrated to allow user-customized settings to be
saved. First, a phase of simulation and prototyping was carried out, using advanced tools
like LTSpice to model and refine theoretical circuits before their physical implementation.
Additionally, a careful selection of components was made to ensure quality, compatibility, and
adherence to the project’s budget constraints. Then, the design and manufacturing of printed
circuit boards (PCBs) was done, with support from specialized companies like JLCPCB,
to achieve optimal and professional results. Finally, a case was built for the synthesizer,
providing solid protection and an aesthetic presentation that reflects both the technical
complexity and the creative potential of the instrument.
This project was designed not only to update a modular synthesizer but also to respond
to the growing demand to preserve purely analog systems in the musical field. In addition,
cutting-edge components were integrated using modern semiconductors. Lastly, the modular
analog synthesizer was intended to serve as a learning tool in audio synthesis and as a way
to explore creativity within electronic engineering focused on audio technology.
Regarding the results obtained in simulations and physical board testing, despite showing
a high degree of accuracy in LTSpice, the non-linearities and tolerances of real components
caused some variations in measurements, without affecting the synthesizer’s performance.
Finally, a series of recommendations were proposed for future developments, such as
enhancing the modular synthesizer by continually adding new modules. Additionally, for
circuits aimed at storing user configurations, it was suggested to implement digital solutions
to minimize possible errors and rework associated with analog circuits. Improving memory
management efficiency for storing multiple configurations was also recommended. Lastly, it
was advised that the case frame be manufactured in a single piece to increase rigidity.PregradoLicenciado en Ingeniería Electrónic
Salud ambiental de las comunidades en la cuenca del Lago Atitlán, Guatemala: creando un modelo global para soluciones comunitarias
No full textThe Lake Atitlán watershed exemplifies many of the environmental health problems in Guatemala, as well as the potential for community-based solutions. The most important of these problems are poor air and water quality, which impose a substantial public health burden. Several paradigms are useful to contextualize the environmental health of Lake Atitlán, including "developmental origins of health and disease" - DOHaD - (many diseases throughout the lifespan are caused by environmental stressors during development), "endocrine disruption" (alteration of hormone systems due to chemical exposure), and "planetary boundary threats" (anthropogenic impacts that imperil the integrity of life on Earth). Similarly, paradigms for public health solutions provide a way forward. One such paradigm is "One Health" (the concept of simultaneously addressing health al the interface of human, animal, and environmental health), which can facilitate powerful alliances with broadly overlapping goals
Analysis and implementation of analog circuits for the design of a modular analog synthesizer
No full textFormato PDF digital — 53 páginas — incluye gráficos, tablas y referencias bibliográficas.El objetivo del proyecto es realizar un sintetizador analógico modular que cuente con una
parte analógica y una parte digital. Al momento de ser un sintetizador modular, tendremos
distintos módulos y el usuario determinará por donde habrá flujo de señal. La parte analógica
es la encargada de generar las señales de audio por medio de osciladores, junto a los
osciladores habrá un mixer para determinar que señales de ondas deseamos dentro del
sintetizador. Otro módulo importante es el LFO (Low Frequency Oscillator), que funciona
como oscilador secundario para modular la señal de audio, tendremos la opción de un ADSR
para modificar los parámetros de la señal analógica como lo son el Attack, Decay, Sustain y
Release, así también un VCF como filtro controlado por voltaje, generación de ruido blanco
y un mixer encargado de sumar todas las señales de salida generadas por los distintos
módulos del sintetizador.
La parte digital será la encargada de grabar, aplicar efectos, reproducir la grabación de
audio, exportar archivos de audio y todo esto estará dentro de una interfaz gráfica con la
intención de parecerse a un DAW (Digital Audio Workstation). Adicionalmente a esto, el
sintetizador contará con comunicación MIDI con la intención de poder agregar un
controlador MIDI externo y modificar así algunos parámetros del sintetizador, así como
modificar parámetros dentro del DAW.
Dentro del sintetizador también se contará con una etapa de amplificación. La etapa de
amplificación será la encargada de enviar la salida del sintetizador a una interfaz de audio
para poder ser enviada a altavoces activos y así poder escuchar la señal de audio producida
por el sintetizador.The main objective was to make a modular analog synthesizer. To create this instrument,
it was necessary to do research on the commercial circuits of synthesizers, analyze them and
implement them. The real challenge within this project was to find the ability to interconnect
the modules with each other. Being a modular synthesizer, the signal flow is determined by
the user and is open to being able to make the connections we want. This allows the
possibility of creating new sounds.
Since electronic music has existed, musicians have used synthesizers in their musical
productions and although technology has advanced and they could have digital instruments,
analog instruments continue to be used due to the characteristic sounds that can be generated.
The results obtained in this project have allowed us to understand the use of synthesis and
provide new designs within the music industryPregradoLicenciado en Ingeniería en Tecnología de Audi