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Diseño de una capa software para la implementación de las funcionalidades ofrecidas por la plataforma Daisy Pato
No full textResumen:
Este proyecto describe el proceso de diseño de una capa software que implementa todas las funcionalidades ofrecidas por la plataforma hardware Daisy Pato, diseñada por la misma autora de este PFG. Esta plataforma ofrece un entorno para el desarrollo de efectos digitales de audio en tiempo real para instrumentos musicales, y consta del hardware necesario para poder implementar funcionalidades como comunicación con controladores MIDI a través de USB, comunicación con una red de periféricos a través del protocolo I2C y control de parámetros y características de los efectos a través de un dispositivo móvil. Se describirá el software necesario para implementar cada una de estas funcionalidades, así como ejemplos de uso avanzado de la plataforma, haciendo uso de todos los recursos que ofrece.
Abstract:
This project describes the design process of a software layer that implements all the functionalities offered by the Daisy Pato hardware platform, designed by the same author of this Final Degree Project (PFG). This platform provides an environment for the development of real-time digital audio effects for musical instruments and consists of the necessary hardware to implement functionalities such as communication with MIDI controllers via USB, communication with a peripheral network using the I2C protocol, and control of effect parameters and characteristics through a mobile device. The software required to implement each of these functionalities will be described, as well as advanced usage examples of the platform, making use of all the resources it offers
Sistema data pipeline para el soporte de las fases de extracción, depuración y creación de un dataset
No full textResumen:
Los retos actuales respecto de la demanda y provisión de servicios software desarrollados mediante metodologías tradicionales no responden a las necesidades cambiantes de los usuarios. Por esta razón, para adaptarse de manera ágil a estos cambios, las empresas están utilizando cada vez más analítica de datos para construir y entrenar modelos predictivos a partir de datos generados por la provisión de dichos servicios con el fin de anticiparse al comportamiento y las necesidades de los usuarios.
Por lo tanto, los datos han pasado a convertirse en un valor estratégico, de forma tal, que detectar las fuentes generadoras de datos y asegurar su calidad y disponibilidad, implica la aplicación de procesos y metodologías que involucran la participación de equipos multidisciplinares de forma integrada y coordinada, como pueden ser, equipos de científicos de datos o equipos de ingeniería de datos. Para gestionar estos grupos, en los últimos años, han surgido tecnologías tales como MLOps (Machine Learning Operations), ETL Pipeline (Extract, transform and load Pipeline) y Data Science Pipeline.
Uno de los problemas que enfrentan las organizaciones que aplican este tipo de procesos es que los datos provienen de distintas fuentes que generan datos en distintos formatos, y en muchos casos incompletos, por lo tanto, se requieren procesos de depuración para obtener un conjunto de datos (Dataset) útiles que sean la base del proceso de analítica, independientemente de la tecnología de procesos aplicada.
Por otra parte, el éxito de la aplicación de estas tecnologías radica en que se apoyen en un conjunto integrado de herramientas de monitorización e integración de las distintas fases, que faciliten trabajar de manera conjunta para poder ejecutar un proyecto desde la detección de un problema o planteamiento de una hipótesis, detección y depuración de las fuentes de datos, entrenamiento y prueba del modelo hasta su despliegue y posterior actualización en entornos de producción con sistemas software tradicionales. A nivel industrial entre las herramientas más conocidas para dar soporte a estos procesos encontramos Microsoft Azure, AWS (Amazon Web Service) o Google Cloud. Estas tienen un coste elevado a nivel de licenciamiento y de consumo de recursos computacionales y no todas las pequeñas empresas tienen acceso a ello.
El objetivo del proyecto es desarrollar un sistema software que permita monitorizar y automatizar estas tareas para los equipos de proyectos de datos de las pequeñas empresas que no tengan la capacidad para pagar estos servicios. En concreto el sistema desarrollado cubrirá las fases de recopilación, extracción, procesado, depuración y entrenamiento de los datos a partir de una dirección web, además de aplicar un proceso de monitorización y seguimiento durante todas las fases.
Abstract:
The current challenges regarding the demand and provision of software services developed using traditional methodologies do not respond to the changing needs of users. For this reason, in order to adapt in an agile way to these changes, companies are increasingly using data analytics to build and train predictive models from data generated by the provision of such services in order to anticipate users' behavior and needs.
Therefore, data has become a strategic value, such that detecting the sources of data and ensuring its quality and availability implies the application of processes and methodologies that involve the participation of multidisciplinary teams in an integrated and coordinated way, i.e., data scientists or data engineering teams. To manage these teams, technologies such as MLOps (Machine Learning Operations), ETL Pipeline (Extract, transform and load Pipeline) and Data Science Pipeline.
One of the problems faced by organizations that apply this type of processes is that the data comes from different sources that generate data in different formats, and in many cases incomplete, and therefore, cleaning processes are required to obtain a set of useful data (dataset) that are the basis of the analytical process, regardless of the process technology applied.
On the other hand, the success of the application of these technologies lies in the fact that they are supported by an integrated set of monitoring and integration tools for the different phases, which facilitate working together to be able to execute a project from the detection of a problem or hypothesis, detection and debugging of data sources, training and testing of the model to its deployment and subsequent updating in production environments with traditional software systems. At an industrial level, the most well-known tools for supporting these processes include Microsoft Azure, AWS (Amazon Web Service) or Google Cloud. These have a high cost in terms of licensing and consumption of computational resources and not all small companies have access to them.
The aim of the project is to develop a software system to monitor and automate these tasks for data project teams of small companies that do not have the capacity to pay for these services. Specifically, the developed system will cover the phases of collecting, extracting, processing, cleaning, and training data from a web address, as well as applying a monitoring and tracking process during all phase
Aplicación de edge computing en redes de comunicaciones móviles
No full textResumen:
La llegada de las redes de comunicaciones móviles 5G supone un cambio de paradigma con respecto a generaciones anteriores, aumentando notablemente las capacidades de la red e incorporando grandes mejoras tecnológicas y soluciones que abren la puerta a nuevas aplicaciones y servicios en ámbitos hasta ahora inexplorados por las redes de comunicaciones.
Se prevé que estas nuevas aplicaciones tengan una alta demanda computacional y generen un volumen de tráfico de datos en la red sin precedentes. Hasta ahora, gran parte del procesamiento de las aplicaciones se realizaba de forma local directamente en los dispositivos, en su mayoría, con una capacidad de almacenamiento limitada y una capacidad de procesamiento finita. El aumento de los datos a procesar y la necesidad de ejecutar aplicaciones con altas demandas de cómputo hacen en muchos casos inviable ejecutar las aplicaciones en el mismo dispositivo. Por ello, como solución a este problema, se plantea el uso de Multi-Access Edge Computing (MEC).
El uso de MEC, basado en el edge computing o computación en el borde, puede optimizar los recursos móviles alojando aplicaciones de cálculo intensivo, procesando grandes cantidades de datos y proporcionando las capacidades de computación en la nube dentro de la red de acceso de radio (RAN) muy cerca de los usuarios finales.
Gracias a sus características y su situación en el borde de la red, la computación de borde ofrece una baja latencia y alto ancho de banda al permitir que las aplicaciones se ejecuten cerca del lugar de uso pudiendo acceder a información de la red de radio y de datos de manera inmediata.
El objetivo de este Proyecto Fin de Grado es crear un entorno de red 5G que incluya la tecnología MEC que sirva para probar los beneficios que este modelo puede tener frente a una arquitectura 5G convencional.
Para la realización del proyecto se ha decidido utilizar un diseño de red basado en una arquitectura modular usando la tecnología de contenerización, una herramienta en auge que entre sus ventajas incluye una rápida y fácil portabilidad y despliegue de nuevos nodos.
Una vez terminada la implementación, la realización de las pruebas de validación y de rendimiento, se puede afirmar que el uso de la tecnología MEC proporciona grandes ventajas con conexiones de baja latencia y un alto ancho de banda frente a una arquitectura 5G sin MEC.
Abstract:
The arrival of 5G mobile communications networks represents a paradigm shift from previous generations, significantly increasing network capabilities and incorporating major technological improvements and solutions that open the door to new applications and services in areas hitherto unexplored by communications networks.
These new applications are expected to be computationally demanding and generate an unprecedented volume of data traffic on the network. Until now, much of the application processing has been performed locally directly on devices, mostly with limited storage capacity and finite processing power. The increase of data to be processed and the need to run applications with high computational demands make it in many cases unfeasible to run applications on the same device. Therefore, as a solution to this problem, the use of Multi-Access Edge Computing (MEC) is proposed.
The use of MEC, based on edge computing, can optimise mobile resources by hosting compute-intensive applications, processing large amounts of data and providing cloud computing capabilities within the radio access network (RAN) in close proximity to end users.
Thanks to its characteristics and its location at the edge of the network, edge computing offers low latency and high bandwidth by allowing applications to run close to the place of use and being able to access information from the radio and data network immediately.
The objective of this Final Degree Project is to create a 5G network environment that includes MEC technology to test the benefits that this model can have compared to a conventional 5G architecture.
In order to carry out the project, it has been decided to use a network design based on a modular architecture using containerisation technology, a growing tool that among its advantages includes quick and easy portability and deployment of new nodes.
Once the implementation, validation and performance tests have been completed, it can be affirmed that the use of MEC technology provides great advantages with low latency connections and high bandwidth compared to a 5G architecture without MEC
Motion planning for automated vehicles in urban environments considering a human-in-the-loop approach
No full textOver the last decades, there has been a significant amount of research dedicated to automated driving, resulting in substantial progress in handling complex situations. This technology has the potential of reducing the number of traffic accidents, mostly caused by human errors; increasing the efficiency of traveling, both in time and fuel consumption; or improving people’s life quality by increasing accessibility to transportation systems or allowing them to spend their time in other tasks rather than driving. For that reason, there has been a lot of interest in the topic among the research community and the automotive sector, as one of the most promising advancements in automotive engineering.
As highly automated vehicles advance towards realistic road traffic, they have increasingly encountered more dynamic and time-sensitive scenarios, such as merging into fast-moving traffic, avoiding other moving vehicles, or crossing through an intersection or roundabout. There have been different driving strategies that have shown promising results in these types of environments; however, many of them focus on solving a single type of scenario. For that reason, it is important to have algorithms that can propose driving alternatives for different types of scenarios in a global and unified way instead of using algorithms that depend on the driving scene. In the medium term, autonomous driving systems can find some driving situations that are still too challenging to be handled, and intervention from humans inside the vehicle may be necessary; thereby, it is important to keep them involved in the driving task, so they can intervene in a safe and relevant way.
This Ph.D. thesis proposes a use-case-independent driving architecture for automated vehicles able to handle different urban scenarios by integrating a tactical decision-making system with a novel motion planning system and a trading-controlbased supervisor. The tactical decision-making system is able to select the most suitable lane for the vehicle and manage different traffic signals. The motion planning algorithm generates a set of possible trajectories and selects the best of them according to a merit function that combines longitudinal comfort, lateral comfort, safety, and utility criteria. The integration of these modules allows selecting the current maneuver after exploring a reachable set of trajectories, which brings flexibility to the system in complex and dynamic driving scenarios. Additionally, the traded control architecture is proposed to enhance the operational domain of the autonomous driving system under the premise that vehicles and humans may need to adapt their cooperation level depending on the context. To that end, a complexity level is computed in real-time for each driving scene, and the role of the automation and the human driver is defined accordingly. With this information in hand, the system warns the human driver when the involvement level is lower than required or when a complex scene is detected.
All the algorithms were designed to have real-time performance and they were exhaustively tested and validated in both realistic urban simulated scenarios (using a software-in-the-loop architecture), and real-life demonstrators in one of the prototype vehicles of the Autopia research group, at the Centre for Automation and Robotics (CSIC-UPM), in Arganda del Rey, Spain. The results showed that the proposed architecture is able to safely and comfortably handle a large variety of urban scenarios while dynamically estimating the scene difficulty and updating the level of driving automation.
RESUMEN
Durante las últimas décadas, se ha puesto bastante empeño en la investigación de la conducción autónoma y gracias a ello se ha progresado significativamente en el manejo de situaciones complicadas al conducir. Esta tecnología tiene el potencial de reducir el número de accidentes de tránsito, causados principalmente por errores humanos; aumentar la eficiencia de los viajes, tanto en tiempo como en consumo de combustible; o mejorar la calidad de vida de las personas al facilitar el acceso a los sistemas de transporte, o permitirles emplear su tiempo en otras tareas diferentes a conducir. Por esta razón, existe un gran interés en la conducción autónoma en el campo investigativo y el sector automovilístico, como una de las áreas con más alcance en la ingeniería de automoción.
A medida que los vehículos autónomos se aproximan a situaciones reales de tráfico en las vías, se han encontrado escenarios más dinámicos y que requieren una respuesta temporal casi inmediata, por ejemplo, al incorporarse al tráfico de alta velocidad, al evadir otros vehículos en movimiento, o al cruzar una intersección o rotonda. Actualmente existen estrategias de conducción autónoma con resultados prometedores en este tipo de situaciones; sin embargo, muchas de ellas se enfocan en resolver solo un tipo de escenario. Por esta razón, es importante crear algoritmos que propongan alternativas de conducción para diferentes escenarios de forma global y unificada en vez de usar algoritmos que dependan de la escena de tránsito. En el medio plazo, los sistemas de conducción pueden encontrarse situaciones de conducción aún muy complicadas, requiriendo de intervención humana en momentos específicos, por lo que es necesario que el conductor se mantenga involucrado en la conducción para que pueda intervenir de forma segura cuando sea necesario.
Esta tesis doctoral propone una arquitectura de conducción autónoma independiente del caso de uso, capaz de sortear diferentes escenarios urbanos al integrar un sistema para la toma de decisiones estratégicas con un sistema de planificación de movimiento y un supervisor basado en control negociado. El sistema para la toma de decisiones es capaz de seleccionar el carril más adecuado para el vehículo y gestionar distintas señales de tráfico. Por su parte el algoritmo de planificación de movimiento genera un conjunto de trayectorias posibles y selecciona la mejor a través de una función de mérito que combina criterios de confort longitudinal, confort lateral, seguridad y utilidad. La integración de estos módulos permite seleccionar la maniobra actual después de haber explorado el conjunto de trayectorias alcanzables, lo que le aporta flexibilidad al sistema en escenarios complejos y dinámicos. Adicionalmente, la arquitectura propuesta de control negociado incrementa el dominio operacional del sistema de conducción autónoma bajo la premisa de que los vehículos y los humanos podrían requerir adaptar sus niveles de cooperación, dependiendo del contexto. A tal fin, se computa el nivel de complejidad para cada escena de conducción en tiempo real, definiendo los roles del vehículo y el conductor en consecuencia. Teniendo esta información, el sistema alerta al conductor humano cuando detecta que su implicación es menor a la requerida o al encontrarse en una escena compleja.
Todos los algoritmos fueron diseñados para tener un desempeño en tiempo real y han sido evaluados y validados exhaustivamente en escenarios urbanos simulados (usando una arquitectura de simulación en lazo cerrado) y en demostradores reales en uno de los vehículos prototipo del grupo de investigación Autopia, del Centro de Automática y Robótica (CSIC-UPM), en Arganda del Rey, España. Los resultados han demostrado que la arquitectura propuesta es capaz de gestionar una gran variedad de escenarios urbanos de forma segura y cómoda, mientras se evalúa la dificultad de la situación y se establece el nivel de automatización del sistema de forma dinámica
Modelo de predicción para mercados de futuros de cripto-activos basado en random forests
No full textEn esta tesis, se presenta un modelo para la predicción de la dirección del precio para mercados de futuros de cripto-activos. En nuestro estudio se aplica Random Forest, estudiando tres escenarios diferentes en función de las variables de entrada: indicadores técnicos, patrones de vela y ambos al mismo tiempo. Por otro lado, se estiman los parámetros de modelo, los intervalos de precios y los horizontes de inversión más adecuados.
Además de estimar los parámetros del modelo, se realiza la predicción fuera de muestra de un año completo. Como intervalo para la predicción se ha elegido todo el año 2020 completo, ya que en este año se han dado los tres escenarios bursátiles posibles: mercados laterales sin grandes movimientos de precio, un gran descenso consecuencia del origen de la pandemia global sufrida y un final de año de euforia con grandes ascensos.
Por último, es de notar que esta simulación fuera de muestra se tratará como una operación real, esto es, reestimando el modelo después de cada nuevo dato obtenido, de forma que el modelo tenga la máxima información en cada momento.
Como conclusiones del modelo presentado, se encuentra que utilizando como variables de entrada de Random Forest los patrones de velas, se obtienen resultados más eficientes que con indicadores técnicos.
ABSTRACT
In this thesis, a price prediction model for futures markets of crypto assets is presented. Random Forest was applied to study three scenarios as a function of input variables: technical indicators, candlestick patterns and both simultaneously. In turn, the model parameters, the price ranges, and the most suitable investment horizons were estimated.
In addition to estimating the model parameters, a one-year out-of-sample prediction was carried out. The entire year of 2020 was chosen as prediction time interval because the three possible stock market scenarios occurred in this year: a sideways market without major price movements, a bear market resulting from the global pandemic and an end-of-year bull market.
Last, this out-of-sample simulation was analyzed as a real operation, that is, by reestimating the model after each new collection of data, so that the model had the maximum information at all times.
In conclusion, using candlestick patterns as Random Forest features, instead of technical indicators, improves the efficiency of the results from the model presented in this study
Transformación digital aplicado en los laboratorios de ensayo: Smart concrete
No full textEste proyecto de fin de grado busca conectar la tecnología con la sostenibilidad al desarrollar un prototipo que monitorice el proceso de fraguado del hormigón mediante sensores de temperatura de bajo costo.
La monitorización en tiempo real permitiría asegurar la calidad del hormigón y corregir cualquier problema de resistencia a la compresión de manera rápida y económica.
Además, se espera que esta monitorización contribuya a reducir las emisiones, optimizar la logística y gestión de los recursos naturales, y fomentar la innovación en la gestión sostenible de las canteras.
La transformación digital industrial se considera clave para una construcción más sostenible.
Abstract
This undergraduate final project aims to bridge technology and sustainability by developing a prototype that monitors the concrete curing process using low-cost temperature sensors.
Real-time monitoring would ensure concrete quality and enable prompt and cost-effective correction of compression strength issues.
Additionally, it is expected that this monitoring will contribute to emissions reduction, optimize logistics and resource management, and foster innovation in sustainable quarry management.
Industrial digital transformation is considered crucial for achieving more sustainable construction practices
Synchronization of chaotic systems applied to secure communications
No full textIn recent decades, employment in telecommunications has grown exponentially and has become one of the main growth engines of the world economy. Today, telecommunications is applied to a wide range of services due to the advancement of technology and the reduction of hardware manufacturing costs. Most of the activities in which telecommunications have a significant presence, such as banking, insurance, healthcare, defense, etc., handle a large volume of sensitive data that needs to be protected.
Conventional encryption algorithms applied in communications as they were designed in the last century and new ways of violating them have been reported over time. Some of the attacks on these algorithms are highly complex and require high computing power, so at the time they were reported, they were classified as impractical to use. But the increasing processor power and the advances in quantum computing are calling this classification into question. All these facts are leading researchers to conclude that the obsolescence of conventional secure communication systems will arrive in the not too distant future, and the need to stay one step ahead has prompted the exploration of new encryption techniques.
Starting from the late 80’s of the last century, chaotic cryptography and communication based on synchronization of chaotic systems have been progressively developed. However, they did not find real applications for a long time due to their vulnerability to synchronization attacks. Using chaos for encryption provides good complexity and many researchers have proposed and analyzed a lot of chaos based encryption algorithms. The growth of this algorithms has been motivated by their chaotic properties such as the sensitive dependence on initial conditions and system parameters, pseudorandom property and non-periodicity.
During the development of this thesis, two synchronization-based secure communications systems have been proposed in which continuous chaotic systems are used in the realization of pseudorandom number generators. Both systems have the property of being resistant to synchronization attacks.
The first of the systems presented is a secure communications system whose pseudorandom number generator (PRNG) is based on the phase difference between two identical Rössler oscillators in a master-slave configuration. For the design of this generator, a study of the behavior of the phase difference between the two oscillators in an asynchronous regime and in a phase synchronization regime is previously presented. In the analysis carried out, it has been detected that the phase difference is similar to that found in stochastic processes of the Brownian type. To support this theory, a stochastic model has been proposed based on a non-chaotic model typically used in the study of limit cycle synchronization. The result is a Brownian stochastic process that reproduces the same probability distribution as the phase difference between the chaotic oscillators. On the other hand, the model has been useful to derive expressions that have allowed calculating the drift and the diffusion coefficient of the chaotic phase difference. In the calculations a surprising and counterintuitive phenomenon was observed: in asynchronous regime, when the coupling force is very weak, the value of the diffusion coefficient is higher than when the oscillators are decoupled. This results in an improvement of the pseudorandom property of the phase difference, which is exploited in the design of the secure communications system. In this system, the phase difference represents the pseudorandom sequence used to encrypt and decrypt the message. Using this sequence instead of one of the oscillator states prevents synchronization attacks or attractors reconstruction during message delivery. The system uses two synchronization channels that are used to share two dynamic keys, and a communications channel through which the encrypted information circulates. This novel scheme allows the sender and receiver to remain decoupled once complete synchronization is achieved. From a study of the sensitivity of the parameters of the chaotic oscillators, one of them is selected to be modulated by a chaotic map. This function generates a sequence of values from the system secret key. As the system is designed to encrypt the information in blocks, the chaotic sequence generated by the map is repeated for each of the blocks while the initial conditions are reinitialized. This configuration confers high protection to the system while allowing random access to the communication channel. Finally, a software implementation has been made to carry out the study of the security of the pseudorandom sequence and the encryption speed. The good results obtained have led to patenting the system.
The second secure communication system presented is based on extreme multi-stability. The proposed system contains two identical six-dimensional chaotic oscillators, one at the transmitter and one at the receiver, each exhibiting the coexistence of an infinite number of chaotic attractors and a chaotic map generating pseudorandom numbers that are used as a key. dynamics to change initial conditions in the transmitter oscillator. A significant advantage of the proposed communication scheme based on extreme multistability over conventional monostable chaotic communication is much higher communication security, which is provided by switching between coexisting chaotic attractors. After each change, it takes some time to synchronize the receiver with the transmitter. As soon as complete synchronization is achieved, the information is transmitted for a relatively short time (shorter than the synchronization time), so the synchronization attack is completely useless.
RESUMEN
En las últimas décadas, el empleo en telecomunicaciones ha crecido exponencialmente y se ha convertido en uno de los principales motores de crecimiento de la economía mundial. Hoy en día, las telecomunicaciones se aplican a una amplia gama de servicios debido al avance de la tecnología y la reducción de los costos de fabricación del hardware. La mayoría de las actividades en las que las telecomunicaciones tienen una presencia significativa, como banca, seguros, sanidad, defensa, etc., manejan un gran volumen de datos sensibles que es necesario proteger.
Los algoritmos de cifrado convencionales aplicados en comunicaciones como fueron diseñados en el siglo pasado y con el tiempo se han ido reportando nuevas formas de vulnerarlos. Algunos de los ataques a estos algoritmos son de alta complejidad y requieren una alta potencia de cómputo, por lo que en el momento en que se reportaron, fueron clasificados como de uso no práctico. Pero el aumento de la potencia de los procesadores y los avances en computación cuántica están poniendo en duda esta clasificación. Todos estos hechos están llevando a los investigadores a concluir que la obsolescencia de los sistemas de comunicaciones seguras convencionales llegará en un futuro no muy lejano, y la necesidad de ir un paso por delante ha impulsado la exploración de nuevas técnicas de encriptación.
Desde de finales de los años 80 del siglo pasado, se ha ido desarrollando progresivamente la criptografía caótica y la comunicación basada en la sincronización de sistemas caóticos. Sin embargo, no se encontraron aplicaciones reales durante mucho tiempo debido a su vulnerabilidad a los ataques de sincronización. El uso del caos para el cifrado proporciona excelente complejidad y muchos investigadores han propuesto y analizado muchos algoritmos de cifrado basados en el caos. El crecimiento de estos algoritmos ha sido motivado por sus propiedades caóticas, como la dependencia sensible de las condiciones iniciales y los parámetros del sistema, la propiedad pseudoaleatoria y la no periodicidad.
Durante el desarrollo de esta tesis se han propuesto dos sistemas de comunicaciones seguras basados en sincronización en los que se utilizan sistemas caóticos continuos en la realización de los generadores de números pseudoaleatorios. Ambos sistemas tienen la propiedad de ser resistentes a ataques de sincronización.
El primero de los sistemas presentados es un sistema de comunicaciones seguras cuyo generador de números pseudoaleatorios (PRNG) se basa en la diferencia de fase entre dos osciladores Rössler idénticos en configuración maestro-esclavo. Para el diseño de este generador se presenta previamente un estudio del comportamiento de la diferencia de fase entre los dos osciladores en régimen asíncrono y en régimen de sincronización de fase. En el análisis realizado se ha detectado que la diferencia de fases similar al encontrado en procesos estocásticos de tipo browniano. Para sustentar esta teoría, se ha propuesto un modelo estocástico partiendo de un modelo no caótico típicamente utilizado en el estudio de la sincronización de ciclos límite. El resultado es un proceso estocástico browniano que reproduce misma distribución probabilística que la diferencia de fase entre los osciladores caóticos. Por otro lado, el modelo ha sido útil para derivar expresiones que han permitido calcular la deriva y el coeficiente de difusión de la diferencia de fase caótica. En los cálculos se observó un fenómeno sorprendente y contraintuitivo: en régimen asíncrono, cuando la fuerza de acoplamiento es muy débil, el valor del coeficiente de difusión es mayor que cuando los osciladores están desacoplados. Esto da como resultado una mejora de la propiedad pseudoaleatoria de la diferencia de fases, que se aprovecha en el diseño del sistema de comunicaciones seguras. En este sistema, la diferencia de fases representa la secuencia pseudoaleatoria utilizada para cifrar y descifrar el mensaje. El uso de esta secuencia en lugar de uno de los estados del oscilador, evita ataques de sincronización o la reconstrucción de los atractores durante el envío del mensaje. El sistema emplea dos canales de sincronización que se utilizan para compartir dos claves dinámicas, y un canal de comunicaciones por el que circula la información cifrada. Este novedoso esquema permite que emisor y receptor permanezcan desacoplados una vez alcanzada la sincronización completa. A partir de un estudio de la sensibilidad de los parámetros de los osciladores caóticos, se selecciona uno de ellos para ser modulado por un mapa caótico. Esta función genera un secuencia de valores a partir de la clave secreta del sistema. Como el sistema está pensado para cifrar la información en bloques, la secuencia caótica generada por el mapa es repetida para cada uno de los bloques mientras que se reinicializan las condiciones iniciales. Esta configuración confiere una alta protección al sistema mientras que permite el acceso aleatorio al canal de comunicaciones. Finalmente, se ha realizado una implementación en software para llevar a cabo el estudio de la seguriadad de la secuencia pseudoaleatoria y la velocidad de cifrado. Los buenos resultados obtenidos han llevado a patentar el sistema.
El segundo sistema de comunicación segura presentado se basa en una multiestabilidad extrema. El sistema propuesto contiene dos osciladores caóticos de seis dimensiones idénticos, uno en el transmisor y otro en el receptor, cada uno de los cuales exhibe la coexistencia de un número infinito de atractores caóticos y un mapa caótico que genera números pseudoaleatorios que se utilizan como clave dinámica para cambiar condiciones iniciales en el oscilador del transmisor. Una ventaja significativa del esquema de comunicación propuesto basado en la multiestabilidad extrema sobre la comunicación caótica monoestable convencional es una seguridad de comunicación mucho mayor, que se proporciona al cambiar entre atractores caóticos coexistentes. Después de cada cambio, se necesita cierto tiempo para sincronizar el receptor con el transmisor. Tan pronto como se logra la sincronización completa, la información se transmite durante un tiempo relativamente corto (más corto que el tiempo de sincronización), por lo que el ataque de sincronización es completamente inútil
Analysis of the adaptation of Rhizobium leguminosarum bv. viciae endosymbiotic phase to different hosts
No full textRhizobium leguminosarum bv. viciae (Rlv) es una a-proteobacteria que induce nódulos radiculares fijadores de nitrógeno en asociación con Vicia, Pisum, Lens y Lathyrus. El análisis proteómico comparativo de bacteroides inducidos por la cepa Rlv UPM791 en plantas de lenteja y guisante mostró un número significativo de proteínas de expresión dependiente del hospedador. Una de estas proteínas (C189), sobreexpresada en bacteroides de guisante, está codificada en el plásmido simbiótico y muestra una gran similitud con una diaminobutirato-2-oxoglutarato aminotransferasa (DABA-AT). Esta enzima es dependiente de piridoxal-5-fosfato y cataliza la transferencia reversible del grupo amino del glutamato al L-aspartato-b-semialdehído (L-Asa), dando lugar a 2,4- diaminobutirato (DABA) y 2-oxoglutarato. Se han descrito DABA-ATs implicadas en varios procesos biológicos de bacterias endosimbióticas, incluyendo el metabolismo de la ectoína y la síntesis de sideróforos, poliaminas y pantotenato. Los objetivos de esta tesis son, por un lado, analizar el papel funcional y la expresión de C189 en vida libre y simbiosis, y por otro, determinar la relevancia ecológica del gen c189 en aislados de guisante y lenteja, y emplear esta colección bacteriana para seleccionar un inoculante efectivo para plantas de lenteja.
La actividad DABA-AT se demostró en extractos celulares de bacteroides y cultivos bacterianos, y en proteína purificada. La expresión de c189 se indujo en la zona central de nódulos de guisante, pero no de lenteja. En células vegetativas se detectaron niveles significativos de expresión, sugiriendo que la proteína C189 podría tener un papel fuera del nódulo.
El análisis de un mutante defectivo en c189 reveló que la proteína contribuye a la efectividad simbiótica y a la competitividad en simbiosis con guisante. La deleción del gen c189 no produjo alteraciones significativas en el perfil de poliaminas de células vegetativas ni de bacteroides. Un análisis comparativo del perfil metabolómico de bacteroides reveló que la deleción de c189 origina diferencias significativas en bacteroides de guisante, pero no en lenteja. Dicho análisis mostró que la mutación en c189 se asociaba a la ausencia de DABA en nódulos de guisante, lo que indica que la reacción DABA-AT podría dirigirse hacia la producción de DABA a partir de L-Asa. Este análisis también reveló la presencia de L-homoserina (L-Hse) en los bacteroides de guisante, y una reducción de los niveles de b-alanina (precursor del pantotenato) en los bacteroides del mutante c189 de guisante. El mutante mostró un crecimiento reducido en cultivos celulares con L-Hse como fuente de nitrógeno. Las cepas Rlv se han descrito como auxotrofas a pantotenato, pero la inclusión de DABA como fuente de nitrógeno en un medio mínimo con glucosa como fuente de carbono suprimió completamente esta auxotrofía, y en menor medida cuando L-Hse se incluyó como fuente de nitrógeno. No se observó auxotrofía para pantotenato con succinato como fuente de carbono lo que sugiere que los bacteroides podrían tener una ruta alternativa de síntesis de este compuesto. Estos datos indican que la enzima C189 de Rlv UPM791 podría formar parte de un mecanismo de adaptación de esta bacteria a un ambiente rico en L-Hse como es el nódulo y la rizosfera del guisante.
Con el fin de estudiar el posible papel ecológico de C189 en poblaciones rizobianas de suelo, se ha generado una colección de 213 aislamientos rizobianos (118 de lenteja y 96 de guisante) obtenidos de 2 suelos de Tierra de Campos (Valladolid). La diversidad rizobiana, estimada mediante análisis basados en RAPD y en el gen recA, fue similar en ambos suelos. El análisis de la presencia del gen c189 sugiere que no existe una selección positiva de este gen en las cepas obtenidas de guisante. El estudio del fenotipo simbiótico de los aislados de lenteja y de su competitividad por la nodulación ha permitido seleccionar cepas promisorias para la generación de inoculantes efectivos en lenteja.
ABSTRACT
Rhizobium leguminosarum bv. viciae (Rlv) is an a-proteobacterium capable of inducing nitrogen-fixing root nodules in association with Vicia, Pisum, Lens and Lathyrus. Comparative proteomic analysis of bacteroids induced by Rlv UPM791 in lentil and pea plants showed a significant number of host-dependent expression proteins. One of these proteins (C189), overexpressed in pea bacteroids, is encoded on the symbiotic plasmid and shows a high similarity to a diaminobutyrate-2-oxoglutarate aminotransferase (DABA-AT). This enzyme is pyridoxal-5-phosphate dependent and catalyses the reversible transfer of the amino group from glutamate to L-aspartate-b- semialdehyde (L-Asa), resulting in 2,4-diaminobutyrate (DABA) and 2-oxoglutarate. DABA-ATs have been described to be involved in several biological processes in endosymbiotic bacteria, including ectoine metabolism and the synthesis of siderophores, polyamines and pantothenate. The aims of this thesis are, on the one hand, to analyse the functional role and the expression of C189 in free-living cells and symbiosis, and on the other hand, to determine the ecological relevance of the c189 gene in a collection of pea and lentil isolates, and also to use this collection to select an effective inoculant for lentil plants.
DABA-AT activity was demonstrated with bacteroid cell extracts and cultured cells, and also with purified protein. Expression of c189 was strongly induced in the central zone of pea but not lentil nodules. Low, but significant levels of expression were detected in vegetative cells, suggesting that the C189 protein may have a role outside the nodule.
Analysis of a c189-defective mutant revealed that the protein contributes to symbiotic effectiveness and competitiveness in symbiosis with pea but not with lentil plants. Deletion of the c189 gene did not produce significant alterations in the polyamine profile of vegetative cells or bacteroids. A comparative metabolomic profiling analysis revealed that deletion of c189 leads to significant differences in pea bacteroids, but not in lentil ones. This analysis revealed that the mutation in c189 was associated with the absence of DABA in pea nodules, sugesting that the DABA-AT reaction is directed towards DABA production from L-Asa. This analysis also showed the presence of Lhomoserine (L-Hse) in pea bacteroids, and reduced levels of b-alanine (precursor of pantothenate) in pea bacteroids of the c189 mutant. This mutant showed reduced growth in cell cultures with L-Hse as nitrogen source. Rlv strains have been described as auxotrophic to pantothenate, but inclusion of DABA as nitrogen source in minimal medium with glucose as carbon source completely suppressed this auxotrophy, and to a lesser extent when L-Hse was included as nitrogen source. No auxotrophy for pantothenate was observed with succinate as carbon source suggesting that bacteroids may induce an alternative route for synthesis of this compound. These data indicate that Rlv UPM791 C189 is part of an adaptation mechanism of this bacterium to a L-Hse-rich environment such as the pea nodule and rhizosphere.
In order to study the possible ecological role of C189 in soil rhizobial populations, a collection of 213 rhizobial isolates was generated (118 from lentil and 96 from pea) obtained from 2 soils of Tierra de Campos in Valladolid. Rhizobial diversity, estimated by RAPD and recA gene analysis, was similar in both soils. The analysis of the presence of the c189 gene in pea and lentil isolates suggests that there is no positive selection for this gene in pea isolates. The study of the symbiotic phenotype of lentil isolates and their competitiveness for nodulation under greenhouse conditions has allowed the selection of promising strains for the generation of effective inoculants in lentil
Generación y distribución de biogás en la Comunidad Autónoma de Castilla y León
No full textLa crisis medioambiental ha llevado a la Unión Europea y, por tanto, a España como estado miembro a marcar nuevos y ambiciosos objetivos que impliquen conseguir una descarbonización tanto a corto como a largo plazo, es decir, se tienen objetivos marcados para los años 2030 y 2050. Uno de los pilares clave para descarbonizar y conseguir la neutralidad en carbono es la apuesta por los combustibles de origen renovable y en especial por los gases renovables, como: el hidrógeno, el biogás y el biometano. Además de la implementación en el mix energético de energías renovables es fundamental el desarrollo de tecnologías para aumentar la eficiencia energética, todo ello conllevará a conseguir la independencia energética en cada país evitando así conflictos a causa de la escasez local de los recursos energéticos. Una de las alternativas que podría aportar para esa mejora y aumento de la eficiencia e independencia energética es la valorización de residuos para producción de gases renovables. Por lo que si se demuestra el funcionamiento de un nuevo modelo de generación y distribución de biogás se podría contribuir en gran medida a cumplir con los objetivos antes planteados.
Con lo antes dicho esta tesis doctoral se centra en la realización de un modelo de distribución de biogás en cinco provincias de Castilla y León que es la tercera Comunidad Autónoma, solamente después de Cataluña y Aragón, con mayor potencial de generación de biogás producido por desechos de origen porcino en territorio español y en donde se encuentra infrautilizado todo este potencial. Actualmente no existen directrices claras que pongan valor a los desechos con los que se produce biogás, por lo que con la generación y distribución de biogás no sólo se genera una energía de origen renovable y que reemplazaría la energía de origen fósil, sino que, además, se disminuiría en gran medida el impacto ambiental tanto en la atmósfera como en el suelo y las aguas subterráneas provocado por los desechos de un sector ganadero. Como desechos se han elegido los desechos de origen porcino, es decir, los purines de cerdo.
El objetivo principal de esta tesis es distribuir el biogás generado en un total de 358 granjas de ganado porcino donde se aprovecharía el residuo, denominado comúnmente purín, para la generación de biogás. Para ello se han generado rutas optimizadas en tiempo y distancia para que el potencial energético del biogás sea utilizado en zonas de concentración de demanda energética. Por lo que en esta tesis doctoral se plantea un novedoso modelo de distribución que de ser implementado se llegaría a distribuir la energía procedente del 35 % del total del censo porcino de las zonas en estudio.
Gracias al modelo de distribución de biogás planteado en esta tesis doctoral se consigue ser parte del proceso de descarbonización trazados por la comisión europea ya que además de aportar a una mayor independencia energética también se contribuiría a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Por tanto, en el caso de ejecutarse el modelo de distribución de biogás los beneficios serían en dos vertientes: económico para las empresas incluidas en el régimen de comercio de emisiones, y medioambiental para las empresas del sector difuso y del sector del régimen de comercio de emisiones.
Para dar facilidad al lector, esta tesis doctoral se estructura de la siguiente manera:
1. Introducción: se pone en antecedente el estado actual de producción y consumo energético tanto en Europa como en España, se cuantifica el potencial biomásico que tiene España, el impacto ambiental que ocasiona el sector elegido, la sostenibilidad del sector agro-ganadero, se explican los gases renovables, el potencial del biogás en Europa y España, el futuro de éste en España, terminando con los principales aspectos del mercado de los derechos de emisión del CO2 que afectan a la investigación.
2. Materiales y métodos: que es el cuerpo principal de esta tesis doctoral, en el que se procede a detallar primeramente el procedimiento de selección del ganado porcino, la producción de purín y biogás en la Comunidad Autónoma elegida, cómo se georreferencian las granjas en estudio, los procesos de producción de biometano, sistema de compresión, el procedimiento de distribución del biogás, en qué condiciones es posible la distribución del biogás y la metodología de las emisiones de CO2 en los sectores.
3. Resultados: una vez descrita la metodología, el siguiente paso es detallar, analizar y resumir los resultados obtenidos.
4. Estudio económico: se cuantifican los costes e ingresos que conlleva el transporte del biogás y la viabilidad económica de todo el proceso.
5. Conclusiones: para terminar, se propondrán las principales conclusiones y las posibles líneas futuras de investigación.
ABSTRACT
The environmental crisis has led the European Union, and therefore Spain as a member state, to set new and ambitious objectives that involve achieving decarbonisation in both the short and long term, i.e. there are targets set for the years 2030 and 2050. One of the key pillars to decarbonise and achieve carbon neutrality is the commitment to fuels of renewable origin and especially renewable gases, such as hydrogen, biogas and biomethane. In addition to the implementation of renewable energies in the energy mix, it is essential to develop technologies to increase energy efficiency, all of which will lead to achieving energy independence in each country, thus avoiding conflicts due to local shortages of energy resources. One of the alternatives that could contribute to this improvement and increase in energy efficiency and independence is the recovery of waste for the production of renewable gases. Therefore, if the operation of a new biogas generation and distribution model can be demonstrated, it could make a significant contribution to meeting the objectives set out above.
This doctoral thesis focuses on the development of a biogas distribution model in five provinces of Castilla y León, which is the third Autonomous Community, only after Catalonia and Aragón, with the greatest potential for generating biogas produced by pig waste in Spain, and where this potential is underused. Currently, there are no clear guidelines that place value on the waste from which biogas is produced. Therefore, the generation and distribution of biogas not only generates energy from renewable sources and replaces fossil energy, but also greatly reduces the environmental impact on the atmosphere, soil and groundwater caused by the waste from the livestock sector. Pig waste, i.e. pig slurry, has been chosen as waste.
The main objective of this thesis is to distribute the generated biogas to a total of 358 pig farms where the waste, commonly called slurry, would be used for biogas generation. For this purpose, time and distance optimised routes have been generated so that the energy potential of biogas can be used in areas of concentrated energy demand. Therefore, this doctoral thesis proposes a novel distribution model that, if implemented, would distribute the energy from 35% of the total pig population in the areas under study.
Thanks to the biogas distribution model proposed in this doctoral thesis, it is possible to be part of the decarbonisation process outlined by the European Commission since, in addition to contributing to greater energy independence, it would also contribute to reducing greenhouse gas emissions. Therefore, in the case of implementing the biogas distribution model, the benefits would be twofold: economic for the companies included in the emissions trading scheme, and environmental for the companies in the diffuse sector and the emissions trading scheme sector.
In order to facilitate the reader, this doctoral thesis is structured as follows:
1. Introduction: the current state of energy production and consumption in Europe and Spain is presented, the biomass potential of Spain is quantified, the environmental impact caused by the chosen sector, the sustainability of the agro-livestock sector, renewable gases are explained, the potential of biogas in
Europe and Spain, the future of biogas in Spain, ending with the main aspects of the CO2 emission rights market that affect the research.
2. Materials and methods: which is the main body of this doctoral thesis, in which we proceed to detail firstly the pig selection procedure, the slurry and biogas production in the chosen Autonomous Community, how the farms under study are georeferenced, the biomethane production processes, the compression system, the biogas distribution procedure, under what conditions the distribution of biogas is possible and the methodology of CO2 emissions in the sectors.
3. Results: once the methodology has been described, the next step is to detail, analyse and summarise the results obtained.
4. Economic study: the costs and revenues involved in the transport of biogas and the economic viability of the whole process are quantified.
5. Conclusions: to conclude, the main conclusions and possible future lines of research will be proposed
Desarrollo de formulación de surfactantes para condiciones de yacimiento adversas y determinación de parámetros de simulación
No full textLas dudas sobre el devenir de los tiempos son inherentes al ser humano. Casi constantemente, y como resultado del instinto natural de supervivencia, cada persona se realiza preguntas que tienden a construir una idea sobre cómo será la futura evolución de sí mismo y aquello que lo rodea. Esta curiosidad natural, llevada desde lo particular a lo general, es aquella que da como resultados la construcción de hipotéticos escenarios sobre el futuro de la humanidad, y en particular el del estado de conservación y habitabilidad de nuestro planeta.
Como respuesta, a lo largo de la historia existe una diversidad de escenarios y enfoques que dieron pie a la publicación de un amplio espectro de artículos y teorías. Desde aquellos que plantean que el hombre es capaz de acometer su bienestar tanto de manera individual como grupal, gracias al crecimiento proveniente de su accionar orientado a concretar las oportunidades de renta y a los saltos tecnológicos que provocan las oleadas de innovaciones, hasta aquellos que plantean que este crecimiento se encuentra limitado tanto por las capacidades físicas del planeta como por el principio económico de rendimientos decrecientes.
En particular este último enfoque es el que viene teniendo una prevalencia sostenibilidad luego de observar, mediante la realización de diferentes experimentos especializados, comportamientos anómalos en variables clave para la vida humana. Dicho concepto expresa que, en un planeta cuyos recursos naturales y capacidades son limitadas, no es posible continuar indefinidamente en el tiempo con las dinámicas de crecimiento y desarrollo poblacional que se venían aplicando durante los años anteriores. De esta manera, el foco de los posteriores estudios e implementaciones de las actuales y nuevas tecnologías energéticas se orientó en determinar si las mismas se adecúan o no respecto a este concepto, inaugurando los estudios de ciclo de vida y análisis de impacto ambiental.
Diversas métricas y objetivos técnico-económicos se han establecido a lo largo de los últimos años para lograr esta visión, siendo su expresión ultima los universalmente directo en el paradigma tecnológico energético actual, como pueden ser: Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna; Adoptar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos; Garantizar modalidades de consumo y producción sostenibles; entre otros.
Ante este panorama, la obtención y uso de los combustibles fósiles como fuente de energía está siendo cuestionada debido a su contribución negativa al fenómeno del cambio climático, fundamentalmente en la emisión de gases de efecto invernadero. Se plantea la necesidad de cambiar lo más rápidamente posible hacia fuentes de energía más sostenibles hasta el punto en que, idealmente, se pueda prescindir del petróleo y sus derivados como fuente primaria de energía. Sin embargo, y a pesar del acuerdo sobre las consecuencias, los principales especialistas del sector remarcan la imposibilidad de concretar esta ambición, no solo por no ser conveniente económicamente sino también por la necesidad de adoptar nuevas tecnologías que hoy o no existen o no son capaces de proveer el mismo rendimiento que el petróleo. El periodo de transición energética queda, pues, inaugurado. Durante el mismo será necesario no solamente el consumo responsable de los hidrocarburos y sus derivados, sino también conseguir procesos eficientes para su obtención.
Como consecuencia, se abre una ventana para el desarrollo de nuevas técnicas no solo relativo al uso de los hidrocarburos, sino también a los procesos de obtención de estos, en pos de generar una disminución del impacto en el ciclo de vida de la tecnología. En particular, es especialmente interesante explorar procesos de recuperación mejorada de petróleo, en pozos donde se verifica un alto potencial de extracción, con un esfuerzo considerablemente menor al de proceder a la exploración de otros potenciales pozos. Este proceso consiste en la extracción de hidrocarburos, posteriormente a la recuperación primaria, mediante inyección de fluidos apropiados a las condiciones particulares de cada reservorio.
El presente trabajo tiene por objeto caracterizar los parámetros que tienen influencia en el rendimiento de la técnica de inyección de agua alternada con gas asistida por espuma (abreviado como FAWAG ó SAG por sus siglas en inglés), enfocado en el ensayo de distintas formulaciones sobre rocas comerciales de mineralogía similar a las presentes en el reservorio objetivo. Se pretende como resultado obtener parámetros lo suficientemente representativos para utilizarlos en modelos que permitan hacer la simulación de la implementación de la técnica en un reservorio.
El primer capítulo da una visión global sobre las técnicas de recuperación mejorada actualmente desarrolladas, haciendo hincapié sobre la necesidad de realizar los estudios adecuados de adaptación al reservorio centrándose en sus condiciones particulares, tales como: la salinidad de la salmuera presente, la mineralogía de las rocas que componen sus distintos estratos y la composición del hidrocarburo presente.
El segundo capítulo se enfoca en el diseño y desarrollo de una formulación que tolere las condiciones particulares del reservorio objetivo. Para esto se criba entre diferentes productos comerciales mediante ensayos de laboratorio estáticos y dinámicos (coreflooding), con el objetivo de obtener la proporción óptima de surfactante y cosurfactante.
Finalmente, el tercer capítulo abarca la realización de ensayos dinámicos de coreflooding para caracterización de la generación y propagación de la espuma en medio poroso, generada por la formulación obtenida en el capítulo anterior. Los resultados de estos ensayos se convierten en un valor de referencia para la simulación computarizada del proceso, con el fin de realizar el ajuste histórico de los principales parámetros que definen el modelo empírico utilizado por el software de simulación CMG-GEM.
En conclusión, la metodología presentada en este trabajo nos ha llevado al diseño de una formulación prometedora para aplicaciones de espuma-EOR. El compuesto desarrollado ha demostrado ser una fórmula robusta con mayor resistencia a la salinidad, mayor tolerancia al crudo y un rango más amplio de aplicabilidad de la calidad de la espuma.
Con esta formulación se han obtenido los parámetros fundamentales que componen el modelo empírico de espumas del simulador CMG-GEM. Fue posible estudiar y simular el efecto de las siguientes variables: concentración del surfactante, la velocidad intersticial, calidad de la espuma, composición del gas y presencia del crudo. Los resultados de la simulación permitieron hacer el ajuste histórico de los parámetros con los resultados del laboratorio y determinar los valores que caracterizan el comportamiento de la espuma según el modelo empírico antes mencionado.
Como consecuencia el trabajo proporciona una base de partida para la simulación futura de una prueba piloto en campo de esta tecnología, permitiendo la evaluación de costebeneficio de una futura implementación en reservorio.
ABSTRACT
Doubts about the future of time are inherent to the human being. Almost constantly, and as a result of the natural survival instinct, each person asks themselves questions that tend to build an idea about what the future evolution of themselves and what surrounds them will be like. This natural curiosity, taken from the particular to the general, is the one that results in the construction of hypothetical scenarios about the future of humanity, and in particular the state of conservation and habitability of our planet.
In response, throughout history there is a diversity of scenarios and approaches that have given rise to the publication of a wide spectrum of articles and theories. From those who argue that man is capable of undertaking his well-being both individually and as a group, thanks to the growth coming from his actions aimed at realizing income opportunities and the technological leaps caused by waves of innovations, to those who argue that This growth is limited both by the physical capacities of the planet and by the economic principle of diminishing returns.
In particular, this last approach is the one that has had a notable prevalence since the 1970s in the 20th century, where the concept of sustainability is introduced after observing, through different specialized experiments, anomalous behaviors in key variables for the human life. This concept expresses that, in a planet whose natural resources and capacities are limited, it is not possible to continue indefinitely over time with the dynamics of population growth and development that had been applied in previous years. In this way, the focus of the subsequent studies and implementations of the current and new energy technologies was oriented to determine if they are adequate or not with respect to this concept, inaugurating the life cycle studies and environmental impact analysis.
Various metrics and technical-economic objectives have been established over the last few years to achieve this vision, the latest expression of which is universally known as the "2030 Sustainable Development Goals". Some of these have a direct impact on the current energy technology paradigm, such as: Guaranteeing access to affordable, safe, sustainable and modern energy; Take urgent measures to combat climate change and its effects; Guarantee sustainable consumption and production patterns; among others.
Given this panorama, the obtaining and use of fossil fuels as an energy source is being questioned due to its negative contribution to the phenomenon of climate change, mainly in the emission of greenhouse gases. There is a need to change as quickly as possible towards more sustainable energy sources to the point where, ideally, oil and its derivatives can be dispensed with as a primary source of energy. However, and despite the agreement on the consequences, the main specialists in the sector stress the impossibility of realizing this ambition, not only because it is not economically convenient but also because of the need to adopt new technologies that today either do not exist or are not capable of provide the same performance as oil. The energy transition period is thus inaugurated. During it, it will be necessary not only to consume hydrocarbons and their derivatives responsibly, but also to achieve efficient processes to obtain them.
Consequently, a window is opened for the development of new techniques, not only related to the use of hydrocarbons, but also to the processes for obtaining them, in order to generate a positive impact on the life cycle of the technology. In particular, it is especially interesting to explore enhanced oil recovery processes, in wells where there is a high extraction potential, with considerably less effort than proceeding to explore other potential wells. This process consists of the extraction of hydrocarbons, after the primary recovery, through the injection of appropriate fluids for the particular conditions of each reservoir. The purpose of this work is to characterize the parameters that have an influence on the performance of the foam-assisted alternating water injection technique with gas (abbreviated as FAWAG or SAG), focused on the testing of different formulations on rocks. mineralogy similar to those present in the target reservoir. As a result, it is intended to obtain sufficiently representative parameters to use them in models that allow the simulation of the implementation of the technique in a reservoir.
The first chapter gives an overview of the currently developed improved recovery techniques, emphasizing the need to carry out adequate studies of adaptation to the reservoir, focusing on its particular conditions, such as: the salinity of the brine present, the mineralogy of the rocks that make up its different strata and the composition of the hydrocarbon present.
The second chapter focuses on the design and development of a formulation that tolerates the particular conditions of the target reservoir. For this, it is screened between different commercial products through static and dynamic laboratory tests (coreflooding), with the aim of obtaining the optimal proportion of surfactant and cosurfactant.
Finally, the third chapter covers the performance of dynamic coreflooding tests to characterize the generation and propagation of the foam in a porous medium, generated by the formulation obtained in the previous chapter. The results of these tests become a reference value for the computerized simulation of the process, in order to carry out the historical adjustment of the main parameters that define the empirical model used by the CMG-GEM simulation software.
In conclusion, the methodology presented in this work has led us to the design of a promising formulation for EOR-foam applications. The developed compound has proven to be a robust formulation with higher resistance to salinity, higher tolerance to crude oil and a broader range of foam quality applicability.
With this formulation, the fundamental parameters that make up the empirical foam model of the CMG-GEM simulator have been obtained. It was possible to study and simulate the effect of the following variables: surfactant concentration, pore velocity, foam quality, gas composition, and presence of crude oil. The results of the simulation allowed to make the historical adjustment of the parameters with the results of the laboratory and to determine the values that characterize the behavior of the foam according to the aforementioned empirical model.
As a consequence, the work provides a starting point for the future simulation of a pilot test in the field of this technology, allowing the cost-benefit evaluation of a future implementation in a reservoir