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Desarrollo de un sistema de diagnóstico de maquinaria rotativa : aplicación a rodamientos de apoyo de ejes ferroviarios
No full textEl creciente desarrollo industrial ha generado una evidente competencia entre empresas, quienes buscan maximizar la producción y minimizar los costes de operación. Por lo cual surge la necesidad de contar con estrategias de mantenimiento que permitan asegurar el correcto y continuo funcionamiento de la maquinaria. En la última década, la aplicación del Mantenimiento Basado en la Condición (MBC) se incrementó significativamente, como una herramienta empleada en el diagnóstico y pronóstico del estado del equipo, especialmente de los componentes más críticos, como los rodamientos. Ésta se basa principalmente en el monitoreo de condición de síntomas que el equipo puede experimentar en presencia de una falla, como cambios de vibración. Sin embargo, la aplicación de esta estrategia de mantenimiento trae consigo dos grandes inconvenientes. El primero esta direccionado al alto nivel de instrumentación requerida y, por ende, el elevado coste que representa la implementación de un sistema de monitoreo de condición. Por otro lado, el segundo se asocia a las técnicas de diagnóstico y pronóstico de fallos, ya que en la actualidad no solo se requiere la identificación de características asociadas a las fallas, sino que también permitan establecer una relación con el nivel de falla correspondiente, que sea lo suficientemente robusta y de fácil interpretación.
Ante esta situación, la tesis propone el desarrollo de un sistema de monitoreo de condición total, el cual contempla el diseño y construcción de un equipo de adquisición de datos de bajo coste, y el desarrollo de una metodología de diagnóstico y pronóstico del estado de los rodamientos, basada en la construcción de mapas de evolución de falla y modelos de predicción. La principal ventaja de este sistema de monitoreo es el bajo costo que representa su implementación y la fácil interpretación de los resultados de diagnóstico.
En base a estas observaciones, y considerando la necesidad de una fuente de vibración, se toma como punto de partida la construcción de un banco de pruebas de rodamientos. Entre las principales características del banco de pruebas, se ha considerado la facilidad de cambio de velocidad angular y carga, dado que son consideradas como magnitudes influyentes en el índice de vibración. De esta forma, el principal objetivo de este banco es, proporcionar señales de vibración que permitan evaluar el comportamiento de un rodamiento, frente a la evolución de una falla en los componentes que lo conforman. A partir de lo cual, se desarrolla la validación del equipo de registro propuesto y las prestaciones de la metodología de diagnóstico del estado de los rodamientos.
Considerando al proceso de adquisición de datos como una etapa clave en las tareas de monitoreo, la cual debe ser efectiva y amortizable en poco tiempo. En el presente trabajo se propone un sistema de adquisición de datos de bajo coste, basado en Raspberry-Pi. Entre las principales características de este equipo, se observa una alta frecuencia de muestreo en el registro de cada uno de sus cuatro canales, además es compacto, portable y junto con su capacidad de comunicación remota, lo hace idóneo para su utilización en lugares reducidos, de difícil acceso y/o en sistemas centralizados o inteligentes de diagnóstico. Para demostrar la capacidad y el rendimiento del equipo de registro propuesto, se desarrollaron dos casos de estudio. En una primera instancia se adquirieron señales de un generador de onda a frecuencias conocidas, donde se observó gran precisión y desempeño del equipo en la identificación de la frecuencia de la señal. Posteriormente se realizó un caso práctico, mediante la captura de registros de vibración de fallas inducidas en elementos rodantes de un rodamiento, con cinco niveles de severidad (incluido el estado normal), donde se observó el comportamiento de los modos de vibración descritos en la literatura. A partir de lo cual, se ratificó las prestaciones del equipo propuesto, en relación con la adquisición de datos de señales de vibración.
En la misma linea de investigación, se realizó un análisis para evaluar la influencia de la calidad y la forma del suministro de alimentación en las prestaciones del equipo de registro, en función de la frecuencia máxima de muestreo y el tiempo de almacenamiento. Entre las pruebas realizadas, se contempló conexiones de alimentación en serie y paralelo, entre la Raspberry-Pi y la tarjeta de adquisición y conversión de datos. De lo cual se estimó, que mediante un suministro de alimentación en paralelo se disminuye las caídas de tensión, lo cual influye significativamente en la tasa de conversión y almacenamiento de datos.
Por otra parte, dando continuidad al progreso del sistema de monitoreo de condición, se desarrolla una metodología de diagnóstico y pronóstico del estado de rodamientos. Como principal característica, se considera el desarrollo de una metodología práctica, fiable e intuitiva, donde no se requiera de gran experiencia por parte del analista, y, además que solvente tareas de caracterización de fallas y generación de indicadores de salud.
Frente a estos requerimientos, se contempla como base los fundamentos oscilatorios de un rodamiento. En este mecanismo, la presencia de irregularidades en la superficie de rodadura provoca cambios en las tensiones de contacto de los componentes del rodamientos, lo cual se manifiesta en su firma de vibración como pulsos de muy corta duración, que excitan las frecuencias naturales de toda la estructura. En consecuencia, mediante la implementación de técnicas de procesamiento de datos convencionales como el análisis de envolvente, dicho comportamiento es detectado en la firma de vibración, estableciendo la relación entre la magnitud de la irregularidad y la amplitud del pulso generado. A pesar de que esta técnica permite identificar el componente defectuoso a través de cambios de amplitud en su frecuencia característica de falla y armónicos (espectro de envolvente), uno de los inconvenientes es la falta de criterios para relacionarla con un nivel de falla. Por lo cual, se requiere de la implementación de una herramienta que permita caracterizar la evolución de la amplitud de una frecuencia de fallo, estableciendo una relación directa entre la frecuencia del componente defectuoso, la amplitud y el nivel de falla al que corresponde.
En relación con esta necesidad, los mapas de contorno son ilustraciones gráficas que permiten representar funciones espaciales, mediante la implementación de isolíneas. De esta forma, cada una de las isolíneas estará asociada a un valor de amplitud y será representada por coordenadas en frecuencia y nivel de falla. A partir de lo cual, los espectros de futuros estados del rodamiento puedan ser evaluados y asociados con su respectivo nivel de falla, mediante la relación entre las coordenadas de la frecuencia y amplitud del espectro en estudio y su respectiva isolínea. En dicha relación, una nube de puntos es generada sobre el mapa de evolución de falla de cada armónico, lo cual representa la tendencia del nivel de falla y hace a la metodología atractiva, dada su fácil interpretación. De igual manera, un modelo de predicción ha sido estimado a partir de la distribución de la nube de puntos de cada mapa de evolución de falla, la cual permite cuantificar la magnitud de la falla.
Este método de diagnóstico ha sido evaluado mediante diferentes conjuntos de datos experimentales desarrollados en este trabajo. En primera instancia, se emplea un primer ensayo para construir los mapas de evolución de una falla en pista exterior, estimar el modelo de predicción y validar la metodología. Posteriormente, los registros de un segundo ensayo fueron empleados para ser evaluados respecto a los mapas de evolución de falla y modelo de predicción ya estimados. De lo cual, los resultados demostraron robustez y precisión de la metodología de diagnóstico propuesta, permitiendo no solo estimar el nivel de falla, sino también las magnitudes del defecto. En base a los resultados, se estima que esta metodología tiene potencial uso dentro de las tareas de diagnóstico y pronóstico del MBC.
ABSTRACT
The increasing industrial development has generated a growing competition between companies, who seek to maximize production and minimize operating costs. This has led to the need for maintenance strategies to ensure the correct and continuous operation of machinery. In the last decade, the application of Condition Based Maintenance (CBM) has increased significantly, as a tool used in the diagnosis and prognosis of equipment condition, especially of the most critical components, such as bearings. It is mainly based on condition monitoring of symptoms that the equipment may experience in the presence of a fault, such as vibration changes. However, the application of this maintenance strategy brings with it two major drawbacks. The first is related to the high level of instrumentation required and, therefore, the high cost of implementing a condition monitoring system. On the other hand, the second one is associated to the failure diagnosis and prognosis techniques, since nowadays it is not only required to identify the characteristics associated to the failures, but also to establish a relation with the corresponding failure level, which is sufficiently robust and easy to interpret.
In view of this situation, the thesis proposes the development of a total condition monitoring system, which contemplates the design and construction of a low-cost data acquisition equipment, and the development of a methodology for the diagnosis and prognosis of the bearing condition, based on the construction of failure evolution maps and prediction models. The main advantage of this monitoring system is the low cost of its implementation and the easy interpretation of the diagnostic results.
Based on these observations, and considering the need for a vibration source, the construction of a bearing test rig is taken as a starting point. Among the main characteristics of the test bench, the ease of change of angular velocity and load has been considered since they are influential magnitudes in the vibration index. Thus, the main objective of this bench is to provide vibration signals that allow the behavior of a bearing to be evaluated in the face of the evolution of a fault in the components that make it up. Based on this, the validation of the proposed recording equipment and the performance of the methodology for diagnosing the condition of the bearings is developed.
Considering the data acquisition process as a key stage in the monitoring tasks, which must be effective and amortizable in a short time. In this work, a low-cost data acquisition system based on Raspberry-Pi is proposed. Among the main features of this equipment, a high sampling rate is observed in the recording of each of its four channels, it is also compact, portable, and together with its remote communication capability, makes it suitable for use in small places, difficult to access and/or centralized or intelligent diagnostic systems. To demonstrate the capability and performance of the proposed recording equipment, two case studies were developed. In the first instance, signals were acquired from a wave generator at known frequencies, where high accuracy and performance of the equipment in identifying the frequency of the signal was observed. Subsequently, a case study was carried out by capturing vibration records of faults induced in rolling elements of a bearing, with five levels of severity (including the normal state), where the behavior of the vibration modes described in the literature was observed. From which, the performance of the proposed equipment, in relation to the acquisition of vibration signal data, was ratified.
In the same line of research, an analysis was carried out to evaluate the influence of the quality and form of the power supply on the performance of the recording equipment, as a function of the máximum sampling frequency and storage time. Among the tests carried out, serial and parallel power connections between the Raspberry-Pi and the data acquisition and conversion card were considered. From which it was estimated that a parallel power supply reduces voltage drops, which significantly influences the data conversion and storage rate.
On the other hand, continuing the progress of the condition monitoring system, a methodology for diagnosis and prognosis of the bearing condition is developed. The main characteristic considered is the development of a practical, reliable, and intuitive methodology, which does not require a great deal of experience on the part of the analyst, and which also solves the tasks of characterizing faults and generating health indicators.
In view of these requirements, the oscillating fundamentals of a rolling bearing are considered as a basis. In this mechanism, the presence of irregularities in the rolling surface causes changes in the contact stresses of the bearing components, which is manifested in their vibration signature as very short pulses, which excite the natural frequencies of the entire structure. Consequently, by implementing conventional data processing techniques such as envelope analysis, such behavior is detected in the vibration signature, establishing the relationship between the magnitude of the irregularity and the amplitude of the generated pulse. Although this technique makes it possible to identify the faulty component through amplitude changes in its characteristic fault frequency and harmonics (envelope spectrum), one of the drawbacks is the lack of criteria to relate it to a fault level. Therefore, the implementation of a tool is required to characterize the evolution of the amplitude of a fault frequency, establishing a direct relationship between the frequency of the faulty component, the amplitude, and the fault level to which it corresponds.
In relation to this need, contour maps are graphical illustrations that make it possible to represent spatial functions, through the implementation of isolines. In this way, each of the isolines will be associated to an amplitude value and will be represented by coordinates in frequency and fault level. From which, the spectra of future bearing states can be evaluated and associated with their respective fault level, by means of the relationship between the frequency and amplitude coordinates of the spectrum under study and its respective isoline. In this relationship, a point cloud is generated over the fault evolution map of each harmonic, which represents the trend of the fault level and makes the methodology attractive, given its easy interpretation. Similarly, a prediction model has been estimated from the distribution of the point cloud of each fault evolution map, which allows quantifying the magnitude of the fault.
This diagnostic method has been evaluated using different experimental data sets developed in this work. In the first instance, a first trial was used to construct the fault evolution maps of an outer track fault, estimate the prediction model, and validate the methodology. Subsequently, the records of a second test were used to be evaluated with respect to the fault evolution maps and prediction model already estimated. From which, the results demonstrated robustness and accuracy of the proposed diagnostic methodology, allowing not only to estimate the level of failure, but also the magnitudes of the defect. Based on the results, it is estimated that this methodology has potential use within the diagnostic and prognostic tasks of the MBC
Gimnasio energéticamente autónomo
No full textEste proyecto ha desarrollado un estudio sobre el balance energético de una edificación, con el objetivo principal de alcanzar un balance nulo o casi nulo.
Con este fin, se ha escogido como objeto del estudio una edificación del sector servicios, concretamente, un gimnasio.
En origen de la decisión se basó en la idea de aprovechamiento de la energía mecánica que generan las personas que realizan actividad física, ya sea levantando peso en máquinas de musculación, moviendo una cinta transportadora, o simplemente desplazándose sobre baldosas piezoeléctricas colocadas en el suelo.
No obstante, esta idea original ha ido evolucionando, en gran parte gracias a la visión y experiencia del arquitecto Luis de Pereda, que logró aportar un enfoque mucho más global, que comenzara desde el diseño del propio edificio, para posteriormente cubrir la demanda ya reducida del gimnasio, con tecnologías de recuperación y autoproducción eficientes, renovables y lo más respetuosas con el medio ambiente posibles.
Desde esta visión global, se ha diseñado una ecuación que resume las tres fases en que se ha dividido este trabajo:
X – Y – Z = 0
En esta ecuación, se representa el balance energético objetivo del proyecto, que se compone por tres términos:
• Término “X”: representa la propia demanda del gimnasio como edificación.
• Término “Y”: representa la recuperación energética alcanzada en segunda fase.
• Término “Z”: representa la autoproducción de energía obtenida.
Con la ecuación definida, las tres etapas del estudio hacen referencia a cada uno de los términos que componen la ecuación.
En la primera fase se aborda una maximización de la reducción de la demanda, para terminar obteniendo el valor del término X.
Posteriormente, en la segunda fase se maximiza la recuperación de energía de los sistemas, para dar lugar al término Y.
Y en la tercera y última fase, se calcula la cantidad de energía que el gimnasio es capaz de generar a través de la autoproducción.
Como conclusiones se extrae que el objetivo de independizar completamente un edificio de la red de suministro es muy ambicioso con el nivel de tecnología actualmente desarrollado. Se trata de un proceso fuertemente condicionado por las circunstancias particulares, tanto geográficas como constructivas, del edificio.
Y por último, se destaca que la fase que mayor peso tiene sobre el proceso es el propio diseño del edificio, en el que deben considerarse todos los aspectos posibles y con un alto grado de detalle para que los resultados tras la construcción sean los esperados.
Abstract
This project has developed a study on the energy balance of a building, with the main objective of achieving a zero or near-zero energy balance.
To this end, a building in the service sector, specifically a gymnasium, was chosen as the object of the study.
The decision was originally based on the idea of harnessing the mechanical energy generated by people doing physical activity, either by lifting weights on weight training machines, moving a conveyor belt, or simply moving on piezoelectric tiles placed on the floor.
However, this original idea has evolved, largely thanks to the vision and experience of the architect Luis de Pereda, who managed to provide a much more global approach, starting from the design of the building itself, to subsequently cover the already reduced demand of the gym, with efficient, renewable and environmentally friendly recovery and self-production technologies.
From this global vision, an equation has been designed that summarises the three phases into which this work has been divided:
X – Y – Z = 0
In this equation, the target energy balance of the project is represented, which is made up of three terms:
- Term “X”: represents the demand of the gymnasium as a building.
- Term “Y”: represents the energy recovery achieved in the second phase.
- Term “Z”: represents the self-production of energy obtained.
With the equation defined, the three stages of the study refer to each of the terms that make up the equation.
In the first phase, a maximisation of the reduction in demand is addressed, in order to end up obtaining the value of the X term.
Subsequently, in the second phase, the energy recovery of the systems is maximised, to give rise to the Y term.
And in the third and last phase, the amount of energy that the gymnasium is able to generate through self-production is calculated.
The conclusions are that the objective of making a building completely independent from the supply network is very ambitious with the level of technology currently being developed.
It is a process strongly conditioned by the particular circumstances, both geographical and constructive, of the building.
Finally, it should be noted that the most important phase in the process is the design of the building itself, in which all possible aspects must be considered with a high degree of detail so that the results after construction are as expected
Evaluación de modelos de cálculo y comportamiento a flexión de paneles sándwich de madera de fabricación española
No full textLos paneles sándwich de madera son elementos constructivos formados por dos caras encoladas a un alma central gruesa, ligera, continua y de cierta rigidez, en los que al menos una de las caras es un producto derivado de la madera. El conjunto presenta una alta relación rigidez-peso y función múltiple.
Pese a ser un sistema con una amplia andadura su aplicación a nivel comercial como elemento portante en edificación es relativamente reciente, comenzando a ser relevante en Europa en los años 80 del siglo pasado. Por ello su normalización de producto y de cálculo es aún muy incompleta, especialmente si se compara con otros materiales o sistemas constructivos de madera más asentados.
En las guías europeas para la evaluación de este producto los ensayos mecánicos están poco definidos, y no se incluyen en muchos casos, especialmente en paneles de cerramiento, especificaciones a cumplir por los materiales o el control de calidad. También se observa que pese a existir modelos para el análisis teórico de elementos compuestos, tanto procedentes del ámbito general como del análisis de elementos de madera, su uso es muy escaso. Así mismo, no están disponibles comparaciones de los resultados de estos métodos para sándwich de madera de fabricación comercial.
Debido a la falta de información en los aspectos señalados anteriormente este trabajo busca incrementar el conocimiento disponible para la racionalización del diseño, evaluación, control y cálculo de paneles sándwich de fabricación comercial. Para ello se realiza un análisis comparado del producto a través de ensayos y modelos teóricos de predicción.
Se trata de un estudio exploratorio como via para enfocar el análisis del comportamiento del producto a flexión, para su posible confirmación posterior con trabajos más específicos y que contemplen un mayor número de muestras.
Para lograr los objetivos propuestos se estudiaron resultados de ensayos a flexión de paneles sándwich de fabricación española, sobre dos y tres apoyos, de varios lotes comerciales. Este producto presenta ciertas características específicas que hacen interesante su analisis. Se evaluaron tendencias, se estudió la regularidad de los paneles y se compararon los resultados de los ensayos biapoyados y triapoyados.
Así mismo, se realizaron ensayos específicos con el fin de valorar las propiedades mecánicas de los componentes, el efecto de los encolados, o la compresión en los apoyos en los ensayos a flexión. También se valoraron detalles de ejecución de los ensayos, como la forma de realizar la aplicación de la carga, y los resultados obtenidos fueron tenidos en consideración en los análisis.
Se compararon los ensayos a flexión con varios modelos teóricos de predicción de rigidez aparente. En paneles biapoyados se estudiaron tres métodos: uno de ámbito general basado en la teoría de vigas de Timoshenko; y dos modelos de análisis de elementos compuestos de madera, modelo de la gamma modificado, y modelo de Kreuzinger o de analogía del cortante. Así mismo en paneles triapoyados se estudió un modelo de caras delgadas que se señala en la bibliografia como referencia para paneles metálicos.
También se realizó un análisis teórico de los fenómenos de rotura. Para ello se compararon los resultados de los ensayos con el método analítico más habitual aplicado en la bibliografía, tanto para paneles biapoyados como triapoyados, obteniendo en los últimos los esfuerzos a partir del modelo usado en el estudio teórico de rigidez.
Finalmente se ha propuesto y estudiado un método de ensayo de flexión con probeta pequeña para control de calidad de los paneles, analizando su capacidad para detectar efectos asociados al encolado.
Los resultados de los ensayos de flexión sobre lotes comerciales indican que como era esperable el efecto de la deformación por cortante es muy significativo y produce diversos efectos. Por ejemplo variación en la rigidez aparente del panel con la luz, o que la reducción de la deformación en el caso de paneles triapoyados respecto a biapoyados, en la misma luz, es muy inferior a la de una viga que siguiese la teoría de Euler-Bernoulli.
Además como era esperable los resultados de carga de fallo por unidad de longitud del panel son decrecientes, no linealmente con la luz, y se observa que los fallos están muy influidos por los materiales, así como por el encolado, y la disposición de ensayo. En cuanto a la regularidad, se han observado lotes de paneles con valores de rigidez y resistencia homogéneos y ajustados a una tendencia clara, junto a otros con menor regularidad y que presentan fallos por el encolado.
El estudio experimental de efectos locales indica que en los ensayos de flexión se producen deformaciones por compresión en los apoyos, que incrementan la deformación global de los paneles. Su importancia es moderada y decrece en proporción con el aumento de la luz, siendo mayor en paneles gruesos y luces cortas.
El análisis mediante ensayos de cortante valorando el porcentaje de superficie encolada entre las caras y el alma resultó eficaz para estudiar el efecto mecánico asociado a la cobertura del encolado. Se definieron coeficientes de eficiencia mecánica que responden a modelos no lineales. Se observa que la eficiencia mecánica a cortante es mayor que la que sería proporcional a la superficie encolada.
El análisis de modelos de predicción de rigidez a flexión para paneles biapoyados muestra relativo buen acuerdo de estos con los valores experimentales en los lotes de paneles que presentan regularidad. Los modelos de la gamma y Kreuzinger sobreestiman ligeramente la rigidez, mientras que el modelo basado en la viga de Timoshenko la subestima, siendo impreciso para luces cortas en paneles de alma delgada. Por otro lado, el modelo de predicción de rigidez a flexión para paneles de caras delgadas aplicado a sándwich triapoyados no describe adecuadamente el comportamiento experimental, subestimándolo y siendo menos próximo al comportamiento de ensayo cuanto más delgada es el alma.
En el estudio teórico de los fenómenos de rotura para los ensayos biapoyados se aprecia que los modos de fallo observados y sus cargas experimentales se corresponden de forma razonable con las predicciones teóricas, salvo en luces cortas, y en estas de forma más marcada en paneles de alma delgada, y como era esperable in fallos por el encolado. Sin embargo, de nuevo la modelización realizada en paneles sobre tres apoyos, modelo de caras delgadas, no se ajusta en general a las observaciones.
El ensayo de flexión de probeta pequeña propuesto resulta adecuado para control de calidad en fábrica por su sencillez de aplicación y su sensibilidad a las características del encolado y los componentes. Complementa a los ensayos habituales de control de tracción perpendicular a las caras, en los que se observa que el uso del porcentaje de superficie encolada aporta información relevante.
Se concluye que las variabilidades relativamente altas observadas en el análisis de varios lotes combinados de paneles del mismo tipo, asociadas a la variación en componentes o encolados, implican la necesidad de una mayor definición de las especificaciones y el control de calidad del producto. Esto se refuerza al observar el peor seguimiento por algunos lotes de la tendencia marcada por los modelos.
El modelo más exacto de análisis de deformaciones en paneles biapoyados para los diferentes grosores de alma estudiados fue el modelo de Kreuzinger, que no obstante sobrestima la rigidez. Todos los modelos de predicción de rigidez estudiados son inexactos en cierta medida por no considerar el fenómeno de compresión en los apoyos, especialmente en luces cortas y medias. Por ello se propuso una corrección sobre el modelo de Kreuzinger con el fin de tener en cuenta tanto el porcentaje de superficie encolada como el efecto de compresión en los apoyos.
ABSTRACT
Wood-based sandwich panels are building elements composed of two faces bonded to a continuous, thick and lightweight core of certain stiffness, in which at least one of the faces is a wood-based product. These elements show a high stiffness-weight ratio and multiple functions.
Being a product known since long time ago its application as a commercial load-bearing element for buildings is to some extent recent, beginning to be relevant in Europe in the ‘80s of last century. For that reason its standardization as a product and in what relates to structural design is still very incomplete, especially when compared to other more stablished wood-based building products or systems.
The current European guidelines used to assess this product contain information on testing, however their detail level is low and in many cases do not include specifications for the components or the quality control. On the other hand, although theoretical models for the design of multilayered panels and beams are available, some of general use and other more specifically developed for wood-based elements, the use of such methods applied to wood-based sandwich panels is uncommon in practice. Moreover, there is a lack of compared analysis of the results of these methods applied to wood-based commercially produced sandwich panels.
Due to the lack of information in the aspects mentioned previously, this works aims to increase the available knowledge for improving the design, assessment and control of commercially manufactured wood-based sandwich panels. To achieve this a compared analysis was performed using test results and theoretical models.
The study is an exploratory analysis focused on the assessment of the bending mechanical behaviour of the product, obtaining guidance on phenomena an conclusions that could be explored and assessed more in depth in other specific studies in the future, including a higher number of samples.
In order to reach the proposed objectives bending test results, simply supported and continuous panels, of several commercial sandwich panels batches manufactured in Spain were studied. The product has some specific features that make interesting its analysis. The assessment included trend analysis, product regularity and the comparison of the results obtained on simply and three supported panel tests.
In addition specific tests were performed in order to assess the mechanical properties of the panel’s components, the adhesive bonding performance, and the presence of local compression effects at the supports’ area. Also details on the test method used, such as the load transmission method were investigated and the results were subsequently included in the analysis.
The bending tests results were compared with models for predicting the effective stiffness. Three method were assessed for simply supported sandwich panels: a general model based on the Timoshenko’s beam theory; and two models derived from timber composite elements, the gamma method and Kreuzinger’s method or shear analogy model. Also for panels on three supports a thin faces method that is referred to as one of the most used in metal-faced sandwich panels was assessed.
A theoretical analysis of the failure modes was performed comparing the test results with the most commonly used calculation method according to the main references used, for simply supported and three supported sandwich panels, obtaining in the last case the forces using the model assessed in the effective stiffness analysis.
Finally a small scale bending test for quality control of wood-based sandwich panels was proposed and studied, assessing its use as a method to evaluate the bonding performance.
The results of the bending tests performed on commercial batches of sandwich panels show that as expected the shear deformation effect is significantly high, having important effects as the variation of the effective stiffness with the span, or the fact that the deflection reduction for panels on three supports compared to simply supported panels is remarkably inferior to the one expected in beams following the usual Euler-Bernoulli theory.
Also as expected the results of the failure load per length unit of the panel decrease with the increment of the span, not linearly, and it is observed that the failures modes are very influenced by the component materials, the bonding and the test setup. Regarding product regularity, some batches of panels show an homogeneous behaviour, fitting clear trends, while other show less regularity and bonding failures.
The experimental analysis of localised load effects in the bending tests shows the existence of deformations associated with the compression loads at the supports. These increase the total deformation of the panels, being of moderate importance and decreasing in proportion to the total deflection as the span rises, resulting more important in thick cored panels in short spans.
The assessment performed using shear tests and the bonded surface percentage proved to be useful to analyse the mechanical behaviour related to the glued surface ratio. New mechanical efficiency coefficients were defined, fitting non linear models and showing that the mechanical behaviour is better than the expected if only the bonded areas of core were working.
The compared analysis of effective stiffness prediction models performed for simply supported sandwich panels reveals that the three models assessed show a reasonable good fitting to the experimental values of batches showing regularity, except the Timoshenko method for short spans and thin cored panels. The gamma and Kreuzinger methods sligthtly overstimate the stiffness, while the Timoshenko beam model understimates it. On the other hand, the model evaluated for panels on three supports is not describing properly the experimental behaviour, underestimating the stiffness, in particular its performance is worst for thin cored panels.
The theoretical study of the failure phenomena for simply supported panels shows a good agreement of the model used with the observed failures and ultimate loads, again except in short spans and whithin these specially on thin cored panels, and, as expected, in failures associated with bonding. On the other hand the method used for panels on three supports does not fit in general the experimental results.
The small specimen bending test proposed showed to be useful for factory quality control due to its simplicity of use and sensitivity to changes in the component materials and bonding. It is considered a good complementary control method in addition to the usual tensile tests, specially with the supplementary use of the glued surface percentage assessment.
As a result of the high variability rates found in the analysis of combined batches of panels of the same type, that are interpreted as due to variations in materials and bonding performance, it is concluded that a better definition of the specifications and quality control of the product is required.
The most accurate stiffness prediction theoretical model among the assessed was Kreuzinger method, although slightly overestimate the stiffness. However all these models are to some extent inaccurate as they are not considering the compression deformation detected in the supports, specially in shortmedium spans. For that reason an improvement using the Kreuzinger model as a base was proposed in order to include the effects of localised compression and the effect of the glued surface
Dispositivos tecnológicos contemporáneos : de las relaciones entre Arquitectura y Computación desde mediados del s. XX hasta la actualidad
No full textEsta tesis doctoral estudia otras formas de abordar el desarrollo de proyectos arquitectónicos (avanzados), basadas en la relación de la disciplina con los diversos cambios tecnológicos que se han sucedido a lo largo de las últimas décadas, incidiendo específicamente en el desarrollo del campo de la computación y su vinculación directa con la arquitectura y con diversos dispositivos arquitectónicos contemporáneos concretos. Relaciona campos que incluyen la arquitectura, la computación, el diseño y sus diferentes historias; los dispositivos, las interfaces y los estudios de ciencia y tecnología (Science Technology Society, STS), entre otros.
La investigación comienza hacia el final de la Segunda Guerra Mundial, fecha que suele ser señalada por la mayoría de las historias de la computación para indicar el comienzo de la computación electrónica (digital), y continua durante las siguientes décadas del siglo XX hasta el inicio del siglo XXI, cuando los campos de la arquitectura y la computación empezaron a entrelazarse conceptual y operativamente. Específicamente se centra en el estudio de los soportes físicos (built artifacts) que ambas disciplinas diseñan y construyen, y en cómo, a través de estos proyectos, ambos campos se retroalimentan, desplegándose a través de una serie de conceptos y estrategias con características comunes. La hipótesis específica de este trabajo y el prisma bajo el cual nos acercamos a todos estos dispositivos tecnológicos contemporáneos arquitectónicos y computacionales, defiende que estos soportes físicos experimentan un proceso de encogimiento (shrinking) literalmente, a medida que avanza su desarrollo técnico. La tesis estudia cómo las arquitecturas de la computación generadas y construidas desde ambas disciplinas vienen sufriendo un proceso de encogimiento, de miniaturización, de decrecimiento, en un sentido amplio y complejo, hasta alcanzar su práctica desaparición física, hoy en día.
Como afirman las arquitectas e investigadoras Olga Touloumi y Theodora Vardouli, los intercambios entre ambas disciplinas han sido bidireccionales desde el inicio de la era de la computación digital. Los conceptos y prácticas emergentes que surgían, por primera vez, en el campo de la informática, comenzaban a influir en el discurso proyectual arquitectónico, al mismo tiempo que las estrategias, los métodos de proyecto y los conceptos espaciales propios de la arquitectura, contribuían a las teorías y a las prácticas de la computación.
Esta investigación tiene como uno de sus principales objetivos examinar varias cuestiones relativas a esta relación bidireccional compleja entre disciplinas, señalada por estas autoras: la arquitectura se ideaba y proyectaba como computación y los computadores se imaginaban y diseñaban arquitectónicamente. Uno y otro campo se codeterminaban, desde sus orígenes.
Igualmente, tal y como estas autoras afirman, no es posible pensar los computadores y la computación sin tener en cuenta el diseño y la arquitectura: los distintos dispositivos tecnológicos computadores adquieren cuerpos y soporte físico a través de decisiones de diseño y su presencia en el mundo está inscrita en espacios, arquitecturas y dispositivos tecnológicos arquitectónicos específicos.
Las historias que relacionan la computación y la arquitectura son tan vastas que es imposible abarcarlas todas bajo una única mirada global. Muchos de estos relatos se han centrado, principalmente, en el estudio de la creación de formas innovadoras, de los nuevos instrumentos digitales utilizados para realizarlas o de las maneras en las que estas herramientas han cambiado la construcción arquitectónica.
Este trabajo plantea un cambio de enfoque: en vez de estudiar espacios, arquitecturas y dispositivos tecnológicos arquitectónicos proyectados y construidos empleando los computadores como instrumentos y herramientas digitales, propone fijar nuestra atención en las estrategias, influencias, ideas y procesos que mediaron en su concepción, y de manera específica, en aquellas relacionadas con el mundo de la computación.
A través del análisis de diversos casos de estudio de prácticas arquitectónicas y computacionales muy diversas y del estudio del trabajo de personas como Eliot Noyes, Ettore Sottsass Jr., Miguel Fisac, Richard Buckminster Fuller, Jay Wright Forrester, Charles y Ray Eames, Wesley Allison Clark, Archigram, Christopher Alexander, Nicholas Negroponte, Steve Jobs, Steve Wozniak, Archizoom, Superstudio, Angela Hareiter, Andrejs Legzdinš, Alan Curtis Kay, Dieter Rams, Sir Jonathan Paul Ive, Toyo Ito, Kazujo Sejima, Ryue Nishizawa o Junya Ishigami se irán encontrando los entrelazamientos y ensamblajes entre estos dos saberes: la arquitectura y la computación.
ABSTRACT
This doctoral dissertation studies other ways of developing advanced architectural projects based on the relationship of the discipline with the many different technological changes that have been taking place in recent decades. Special attention is given to developments in the computing field and its direct link with architecture and numerous specific contemporary architectural devices. It relates fields that include architecture, computing, design and their different histories; the devices, interfaces and science and technology studies (STS), among others.
The research begins near the end of World War II, when most histories of computation begin, and continues through the following decades of the 20th century up to the start of the 21st century, when the fields of architecture and computation began to intertwine both conceptually and operationally. The study focuses specifically on the physical supports (built artifacts) that both disciplines design and build, and on how the two fields give each other feedback on through these projects, unfolding themselves through a set of concepts and strategies with shared characteristics. The main hypothesis of this dissertation and the prism through with to approach all these contemporary architectural and computational technological devices is of observing how these built artifacts quite literally shrink as their technological development progresses. The dissertation attempts to observe whether the computational architectures generated and built by both disciplines undergo a process of miniaturization, of degrowth, in a broad and complex sense, until nearly disappearing physically altogether.
As the architects and researchers Olga Touloumi and Theodora Vardouli point out, the exchanges between the two disciplines were two-directional from the outset of the age of digital computing. The emergent concepts and practices that arose for the first time in the field of computer science influenced the discourse of architecture projects at the same time as the strategies, project methodologies and spatial concepts from architecture contributed to theories and practices in computing.
One of the main goals of this research is to examine various questions about the complex, two-directional relationship between the two disciplines as both authors pointed out: architecture was conceived and projected as computation and computers were thought up and designed architecturally.
Likewise, one cannot think of computers and computing without taking into account design and architecture: the different technological computing devices acquire bodies and physical support through design-based decisions and their presence in the world is inscribed in specific spaces, architectures and architectural technological devices.
These histories that relate computing and architecture are so vast that they cannot all be captured under one overall glance. Many of these tales focus mainly on studying the creation of innovative forms, the new digital instruments used to make them or the ways in which these tools have changed architectural construction.
For that reason, this dissertation proposes a change in approach: instead of studying spaces, architectures and architectural technological devices projected and built using computers and digital tools and instruments, it instead suggests setting out sights on the strategies, influences, ideas and processes that mediated their conception, specifically on the ones related to the world of computing.
By analyzing different case studies of a wide range of different architectural and computing practices and studying the work of people such as Eliot Noyes, Ettore Sottsass Jr., Miguel Fisac, Richard Buckminster Fuller, Jay Wright Forrester, Charles and Ray Eames, Wesley Allison Clark, Archigram, Christopher Alexander, Nicholas Negroponte, Steve Jobs, Steve Wozniak, Archizoom, Superstudio, Angela Hareiter, Andrejs Legzdinš, Alan Curtis Kay, Dieter Rams, Sir Jonathan Paul Ive, Toyo Ito, Kazujo Sejima, Ryue Nishizawa and Junya Ishigami, clues will be found on the intertwining and assembling of these two areas of knowledge: architecture and computing
Desarrollo y programación de sistemas inteligentes de gestión de infraestructuras basados en metodología Building Information Modelling
No full textLa presente Tesis Doctoral se centra en el estudio y aplicación de la metodología BIM en la fase de gestión y mantenimiento de infraestructuras, especialmente relacionadas con la ingeniería civil.
En los desarrollos realizados, se han utilizado diversos programas de modelado y gestión BIM, permitiendo así conocer los beneficios y las barreras en casos reales de gestión de infraestructuras. En este sentido, la dificultad de implementación de software BIM en dicha gestión, obligó a la investigación a variar su foco principal, centrándose más en el desarrollo de software propio para la gestión BIM que en la aplicación de herramientas ya existentes. Para ello, se opta por el desarrollo de una plataforma web basada en lenguajes de programación Python, JavaScript, TypeScript y en el entorno de trabajo Angular, utilizando DDBB estructuradas SQL.
El resultado es un sistema de gestión inteligente que emplea metodología BIM y la vincula con otras tecnologías. En este sentido, los resultados obtenidos a través la aplicación de esta herramienta se resumen en:
• Aumento de interoperabilidad y reducción de la rigidez existente en los software de gestión BIM, permitiendo ampliar los usos y posibilidades de esta metodología.
• Aumento de accesibilidad por parte del usuario final a los beneficios de BIM. Gracias a la plataforma desarrollada, los usuarios podrán acceder al modelo tridimensional a través de cualquier dispositivo con conexión a internet.
• Reducción del software y hardware inicial necesario para el uso de BIM. Mediante la implementación de la plataforma desarrollada, gestores y usuarios de la infraestructura no se verán obligados a la compra de licencias o dispositivos especiales para la gestión del modelo BIM.
• Vinculación BIM con otras tecnologías como IoT, Cloud Computing o DDBB externas, permitiendo de este modo el desarrollo de funcionalidades muy específicas (ad hoc), acordes a las necesidades de gestión de cada tipo de infraestructura.
La investigación presenta los desarrollos realizados y sus resultados en infraestructuras reales, como son la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid y la estación ferroviaria de Bidebieta-Basauri, localizada en la Comunidad Autónoma del País Vasco. Además, a raíz de los desarrollos realizados bajo la tesis doctoral, se creó la Startup BIMDATA en 2021, la cual se centra en llevar estos desarrollos al mercado de la ingeniería civil.
Los resultados obtenidos, además, proporcionan una base importante de cara a desarrollos futuros, permitiendo la posibilidad de vincular nuevas herramientas a la plataforma de gestión desarrollada, como por ejemplo, Realidad Aumentada o Inteligencia Artificial. Este hecho junto con la gran escalabilidad de caracteriza el desarrollo realizado, abre un gran abanico de posibilidades de investigación futuras.
ABSTRACT
This doctoral thesis focuses on the study and application of BIM methodology in the management and maintenance phase of infrastructures, especially those related to civil engineering.
In the developments carried out, various BIM modelling and management software have been used, thus allowing the benefits and barriers in real cases of infrastructure management to be discovered. In this sense, the difficulty of implementing BIM software in such management forced the research to change its main focus, concentrating more on the development of its own software for BIM management than on the application of existing tools. To this end, the process for a development of a web platform started, based on programming languages like Python, JavaScript, TypeScript and the Angular framework, using structured SQL databases.
The result is an intelligent management system for infrastructures that uses BIM methodology and their linkage with other technologies. In this sense, the results obtained through the application of this tool can be summarised as follows:
• Increased interoperability and reduction of the existing rigidity in BIM management software, allowing the uses and possibilities of this methodology to be expanded.
• Increased accessibility by the end user to the benefits of BIM. Thanks to the platform developed, users will be able to access the three-dimensional model through any device with an internet connection.
• Reduction of the initial software and hardware required for the use of BIM. By implementing the developed platform, managers and users of the infrastructure will not be forced to purchase licenses or special devices to manage the BIM model.
• Linking BIM with other technologies such as IoT, Cloud Computing or external databases, thus allowing the development of very specific functionalities (ad hoc), according to the management needs of each type of infrastructure.
The research shows the developments made and their results in infrastructures such as the Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos of the Universidad Politécnica de Madrid and the Bidebieta-Basauri railway station, located in the Autonomous Community of the Basque Country. In addition, as a result of the developments made under the doctoral thesis, the BIMDATA Startup was created in 2021, which focuses on bringing these developments to the civil engineering market.
The results obtained also provide an important basis for future developments, allowing the possibility of linking new tools to the management platform developed, such as Augmented Reality or Artificial Intelligence. This, together with the great scalability of the development carried out, opens up a wide range of possibilities for future research
Biodiversidad y conservación de variedades locales de quinua (Chenopodium quinoa Willd.) y ataco (Amaranthus quitensis Kunth) en la región andina de Ecuador
No full textEn el presente trabajo se ha llevado a cabo un análisis de la biodiversidad en variedades locales de quinua (Chenopodium quinoa Willd.) y amaranto negro o ataco (Amaranthus quitensis Kunth) cultivadas tradicionalmente en la región andina de Ecuador, con objeto de conocer su estado de conservación. Dicho análisis se ha realizado mediante caracterización agromorfológica y molecular. Asimismo, por primera vez, se ha analizado y comparado germoplasma colectado en dos periodos de tiempo diferentes, de manera que ello nos ha permitido conocer los cambios sufridos en dicha biodiversidad en las últimas décadas.
Con respecto a la quinua, se han analizado 268 accesiones, 61 colectadas entre 1978-1988 y 207 en 2014-2015 en las provincias de Chimborazo, Cotopaxi e Imbabura. Para la caracterización agromorfológica se seleccionaron 40 descriptores, 17 de caracteres cuantitativos y 23 cualitativos. Se detectaron unos elevados niveles de diversidad para la mayoría de los caracteres, cuantitativos y cualitativos. Ello parece estar relacionado con el intercambio y mezcla de semillas que realizan los agricultores de la región andina de Ecuador, aunque también ha podido contribuir cierta introgresión de variedades comerciales, como la variedad INIAP-Tunkahuan. Cuando se compararon ambas colectas, se detectó una gran cantidad de diferencias significativas, de manera que las accesiones colectadas recientemente presentaron valores superiores de altura de la planta, tamaño de la hoja y rendimiento, así como distintas frecuencias de pigmentación en diferentes órganos o estructuras de la planta y ausencia de saponina en la mayoría de ellas. Todo ello podría estar relacionado con la diferente forma de gestionar el cultivo y la selección llevada a cabo por los agricultores durante las últimas décadas a favor de los caracteres agronómicos mencionados.
Los grupos de accesiones definidos en el dendrograma mostraron características distintivas respecto a caracteres como altura de la planta, tamaño y forma de la hoja, tamaño del grano, rendimiento y pigmentación del tallo principal, de la lámina foliar y de la panoja, que suelen ser de gran interés para agricultores y fitomejoradores. De manera que la información obtenida mediante esta caracterización agromorfológica podría ser utilizada en futuros programas de mejoramiento de la quinua en Ecuador, así como en la gestión de la colección de quinua conservada en el Banco de Germoplasma del INIAP-Ecuador.
Para la caracterización molecular se analizaron por separado cinco plántulas por accesión (1340 muestras) y se utilizó la variedad mejorada INIAP-Tunkahuan como referencia para detectar posible introgresión. En este análisis molecular se utilizaron ocho loci microsatélites. Se detectaron unos niveles de diversidad muy elevados, hasta 1055 genotipos diferentes en las 1340 muestras analizadas. En este caso, no se detectaron diferencias significativas entre ambas colectas, lo cual puede estar indicando que la elevada diversidad genética encontrada ya estaba presente en el acervo genético de las accesiones de quinua cultivadas ancestralmente en la región andina de Ecuador. El análisis de la estructura genética detectó la existencia de dos grupos genéticamente diferentes. En uno quedaron el 81% de las muestras de Imbabura y Cotopaxi, y en el otro el 90% de las de Chimborazo. Esta estructura genética podría explicarse por el hecho de que en Chimborazo solo se cultiva la denominada variedad Chimborazo y los intercambios de semillas se realizan fundamentalmente entre agricultores de la provincia, lo cual estaría provocando que el acervo genético de la mayoría de las quinuas de Chimborazo se esté diferenciado cada vez más del de las restantes provincias andinas.
Con relación al ataco, se han estudiado 139 accesiones, 50 colectadas entre 1981-1986 y 89 en 2014-2015 en las provincias de Imbabura, Tungurahua y Cañar. Para la caracterización agromorfológica se seleccionaron 30 descriptores, 11 de caracteres cuantitativos y 19 cualitativos. Se encontraron unos niveles de variabilidad moderadamente elevados para los caracteres cuantitativos y una reducida diversidad en los cualitativos. Estos resultados estarían reflejando la existencia de un reducido acervo genético en el germoplasma de este cultivo andino minoritario e infrautilizado en Ecuador. Al comparar ambas colectas no se detectaron prácticamente diferencias significativas entre ellas, lo cual parece indicar que los agricultores locales de la región andina de Ecuador están llevando a cabo una adecuada conservación in situ del germoplasma nativo de ataco o amaranto negro, al menos durante las últimas décadas.
Los distintos grupos de accesiones definidos en el dendrograma mostraron características diferenciales respecto a caracteres como altura de la planta, tamaño de la inflorescencia, tamaño de la semilla, rendimiento de grano por planta, días a la madurez fisiológica, pigmentación del tallo, de la hoja y de la inflorescencia, y densidad y tendencia de la inflorescencia, los cuales suelen ser de gran interés para agricultores y fitomejoradores. Por lo que la información de esta caracterización agromorfológica podría servir para potenciar el uso de este recurso fitogenético en futuros programas de mejoramiento del amaranto en Ecuador, así como para la gestión de la colección de amaranto conservada en el Banco de Germoplasma del INIAP-Ecuador.
Para la caracterización molecular se analizaron por separado cinco plántulas por accesión (695 muestras) y se utilizó la variedad mejorada INIAP-Alegría como referencia. En este análisis se utilizaron nueve loci microsatélites. Se detectaron unos reducidos niveles de diversidad, con un genotipo mayoritario (83,6%) y hasta 12 genotipos únicos o privados de accesión de entre los 17 genotipos que únicamente fueron detectados. Tampoco se encontraron diferencias significativas entre ambas colectas, aunque las accesiones colectadas durante 2014-2015 en las provincias de Tungurahua y Cañar mostraron una drástica reducción en su diversidad genética, ya que hoy en día existe prácticamente un único genotipo (G1 > 96%). Estos resultados indican que las variedades nativas de ataco podrían estar en claro riesgo de desaparecer por erosión genética en algunas de las comunidades de la sierra ecuatoriana. Sin embargo, en la provincia de Imbabura, se puede decir que en las últimas décadas se han mantenido unos niveles aceptables de diversidad, debido probablemente a la buena gestión realizada para este recurso fitogenético.
Por último, mencionar que se detectaron dos grupos de genotipos claramente diferentes, que podrían constituir dos linajes genéticos independientes, existiendo una clara asociación de cada grupo de genotipos con uno de los dos morfotipos de color encontrados en la caracterización morfológica. La conservación de ambos morfotipos podría estar relacionada con los usos de los mismos: el morfotipo mayoritario, con pigmentación más intensa, es muy apreciado por la población nativa ya que utiliza sus inflorescencias para dar coloración a comidas y bebidas típicas; mientras que el morfotipo con una pigmentación menos intensa es exclusivo de la provincia de Imbabura y tiene un importante valor ornamental.
ABSTRACT
In the present study, a biodiversity analysis in landraces of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) and black amaranth or ataco (Amaranthus quitensis Kunth) traditionally cultivated in the Andean region of Ecuador has been carried out, in order to assess their conservation status. This analysis has been performed through agromorphological and molecular characterization. Likewise, for the first time, germplasm collected in two different periods of time has been analyzed and compared, so that this has allowed us to know the changes suffered in their biodiversity in recent decades
With respect to quinoa, 268 accessions have been analyzed, 61 collected during 1978-1988 and 207 between 2014-2015 in the provinces of Chimborazo, Cotopaxi and Imbabura. For the agromorphological characterization, 40 descriptors were selected, 17 of quantitative characters and 23 qualitative. High levels of diversity were detected for most of the characters, quantitative and qualitative. This seems to be related to the exchange and mixing of seeds carried out by farmers in the Andean region of Ecuador, although some introgression of commercial varieties, such as the INIAP-Tunkahuan variety, may have also contributed. When both collects were compared, a large number of significant differences were detected, such that the recently collected accessions presented higher values of plant height, leaf size and yield, as well as different frequencies of pigmentation in different organs or structures of the plant and absence of saponin in most of them. All this could be related to the different way of crop managing and the selection carried out by farmers during the last decades in favor of the mentioned agronomic characters.
Accessions groups defined in the dendrogram showed distinctive characteristics regarding characters such as plant height, leaf size and shape, grain size, yield and pigmentation of the main stem, leaf blade and panicle, which are usually of great interest to farmers and plant breeders. Thus, the information obtained through this agromorphological characterization could be used to future quinoa breeding programs in Ecuador, as well as in the management of the quinoa collection conserved in the Germplasm Bank of INIAP-Ecuador.
For the molecular characterization, five seedlings per accession (1340 samples) were analyzed separately and the improved variety INIAP-Tunkahuan was used as a reference to detect possible introgression. Eight microsatellite loci were used in this molecular analysis. Very high levels of diversity were detected, up to 1055 different genotypes in the 1340 samples analyzed. In this case, no significant differences were detected between both collects, which may indicate that the high genetic diversity found was already present in the gene pool of quinoa accessions cultivated ancestrally in the Andean region of Ecuador. The analysis of the genetic structure detected the existence of two genetically different groups. In one, 81% of the samples from Imbabura and Cotopaxi remained, and in the other, 90% of those from Chimborazo. This genetic structure could be explained because in Chimborazo only the so-called Chimborazo variety is grown and seed exchanges are carried out mainly between farmers in the province, which would be causing the gene pool of most Chimborazo quinoas to become is increasingly differentiated from that of the other Andean provinces.
Regarding the ataco, 139 accessions have been studied, 50 collected during 1981-1986 and 89 between 2014-2015 in the provinces of Imbabura, Tungurahua and Cañar. For the agromorphological characterization, 30 descriptors were selected, 11 of quantitative characters and 19 qualitative. Moderately high levels of variability were found for the quantitative characters and a reduced diversity in the qualitative ones. These results would be reflecting the existence of a reduced gene pool in the germplasm of this minority and underutilized Andean crop in Ecuador. When comparing both collects, practically no significant differences were detected between them, which it seems to indicate that local farmers in the Andean region of Ecuador are carrying out adequate in situ conservation of the native ataco or black amaranth germplasm, at least during the last decades.
The different accession groups defined in the dendrogram showed differential characteristics regarding characters such as plant height, inflorescence size, seed size, grain yield per plant, days to physiological maturity, pigmentation of the stem, leaf and inflorescence, and density and attitude of the inflorescence, which are usually of great interest to farmers and plant breeders. Therefore, the information from this agromorphological characterization could serve to promote the use of this plant genetic resource in future amaranth breeding programs in Ecuador, as well as for the management of the amaranth collection conserved in the Germplasm Bank of INIAP-Ecuador.
For the molecular characterization, five seedlings per accession (695 samples) were analyzed separately and the improved variety INIAP-Alegría was used as a reference. Nine microsatellite loci were used in this analysis. Low levels of diversity were detected, with a majority genotype (83.6%) and up to 12 accession-private genotypes among the 17 genotypes that were only detected. Neither were significant differences found between both collects, although the accessions collected during 2014-2015 in the provinces of Tungurahua and Cañar showed a drastic reduction in their genetic diversity, since today there is practically only one genotype (G1 > 96%). These results indicate that the native varieties of ataco could be in clear risk of disappearing due to genetic erosion in some of the communities of the Ecuadorian highlands. However, in the province of Imbabura, acceptable levels of diversity have been maintained in recent decades, probably due to good management of this plant genetic resource.
Finally, two clearly different groups of genotypes were detected, which could constitute two independent genetic lineages, with a clear association of each genotype group with one of the two color morphotypes found in the morphological characterization. The conservation of both morphotypes could be related to their uses: the majority morphotype, with more intense pigmentation, is highly appreciated by the native population, since it uses its inflorescences to color typical foods and drinks; while the morphotype with less intense pigmentation is exclusive to the province of Imbabura and has an important ornamental value
Influencia de la geometría del conducto en el funcionamiento de válvulas de clapeta para el aislamiento de explosiones de polvo
No full textExisten diferentes tipos de sistemas de protección contra explosiones en el mercado, basados en el venteo, la supresión o el aislamiento de la explosión, entre otros. Entre los sistemas de aislamiento, la válvula de clapeta es probablemente el más utilizado para aislar el efecto de la explosión, por ser una solución práctica y económica. Sin embargo, todavía existe cierto desconocimiento acerca de la forma en la que se comportan este tipo de válvulas atendiendo a la geometría del conducto, siendo éste el objetivo principal que trata de abordar el presente trabajo de investigación.
Con el objeto de aportar información al respecto se han llevado a cabo explosiones de polvo a escala real, utilizando para ello un depósito de 1 m3, conductos de 500 mm de diámetro (rectos y acodados) y una válvula de clapeta. Se han utilizado tres tipos diferentes de polvo combustible: un polvo metálico (aluminio) y dos polvos orgánicos (almidón de maíz y harina de trigo). Para determinar la influencia de la geometría del conducto en la funcionalidad de estos sistemas de protección, se han analizado las presiones generadas durante la explosión, así como las velocidades que alcanzaban las llamas al propagarse la explosión por el conducto.
Del análisis de los resultados se ha podido observar que las características explosivas del polvo pueden llegar a ser determinantes. Los polvos que poseen una mayor reactividad, en este caso el aluminio y el almidón de maíz, producen presiones durante la explosión y velocidades de llama más altas cuando los ensayos se realizan introduciendo tramos curvos en el conducto. El conocimiento adquirido en el presente trabajo de investigación es relevante para entender el funcionamiento de este tipo de sistemas de protección y por lo tanto también para los organismos notificados, comités de normalización, y grupos de trabajo internacionales, que se encargan de garantizar la seguridad de este tipo de equipos antes de su puesta en el mercado, como por ejemplo el Laboratorio Oficial José María de Madariaga (LOM), organismo notificado nº 163, el CTN 163: Atmósferas potencialmente explosivas. Prevención y Protección contra explosiones, en España, o grupo de trabajo CEN TC 305 WG03: Devices and systems for explosion prevention and protection, responsable del desarrollo de normas de sistemas de protección contra explosiones, en Europa.
ABSTRACT
There are different types of explosion protection systems on the market, based on venting, suppression or explosion isolation, among others. Among the isolation systems, the flap valve is probably the most widely used to isolate the effect of the explosion, as it is a practical and economical solution. However, there is still some ignorance about the way in which this type of valves behave according to the geometry of the duct, this being the main objective that this research work aims to address.
In order to provide information in this regard, dust explosion tests have been carried out on a large scale, using a 1 m3 vessel, 500 mm diameter ducts (straight and bent) and a flap valve. Three different types of combustible dust have been used: a metallic dust (aluminium) and two organic dusts (corn starch and wheat flour). To determine the influence of the geometry of the duct on the functionality of these protection systems, the pressures generated during the explosion have been analysed, as well as the speeds reached by the flames when the explosion propagated through the duct.
From the analysis of the results it has been possible to observe that the explosive characteristics of the dust can become critical. Dust with a greater reactivity, in this case aluminium and corn starch, produce higher pressures during the explosion and higher flame speeds when the tests are carried out by introducing curved sections along the duct. The knowledge acquired in this research work is relevant to understand the functionality of this type of protection systems and therefore also for notified bodies, standardisation committees, and international working groups, which are in charge of guaranteeing the safety of this type of equipment before it is placed into the market, such as Laboratorio Oficial José María de Madariaga (LOM), notified body no. 163, CTN 163: Potentially explosive atmospheres. Prevention and Protection against explosions, in Spain, or working group CEN TC 305 WG03: Devices and systems for explosion prevention and protection, responsible for the development of standards for explosion protection systems, in Europe
Contribution to Market Making algorithms based on Reinforcement Learning
No full textMarket making es un problema de high-frequency trading (trading de alta frecuencia) donde el aprendizaje por refuerzo está siendo muy investigado últimamente. Esta tesis presenta una nueva aproximación al market making (creación de mercado) usando aprendizaje por refuerzo profundo que puede mejorar las diferentes métricas de rentabilidad y de gestión de la posición frente a otros algoritmos de referencia.
La aportación principal de la investigación es una aproximación diferente a la solución en la que en vez de generar unos precios de cotización (bid y ask) directamente, una red neuronal va a configurar unos parámetros de un algoritmo subyacente, Avellaneda-Stoikov que minimizará el riesgo de posición.
Otra de las aportaciones será que el algoritmo de referencia Avellaneda-Stoikov va a ser optimizado usando un algoritmo genético en las muestras de entrenamiento que será nuestro principal benchmark en los tests.
La última aportación será como reduciremos el número de características de los estados del algoritmo de aprendizaje por refuerzo utilizando la importancia de las características de los estados basado en la importancia media de las características en un random forest (bosque aleatorio). Diferentes variantes de modelos de Deep RL (Alpha-AS-1, Alpha-AS-2 y Alpha-CS) van a ser entrenados y backtesteados en datos reales (L2 datos de 30 días del par bitcoin-dólar) junto con el modelo Gen-AS y otros modelos base.
Los modelos se van a comparar con cuatro métricas de rendimiento (Sharpe, Sortino, P&L-to-MAP ratios, y máximo drawdown). El modelo Gen-AS mejorará sustancialmente el resultado de todas las métricas a otros dos algoritmos de benchmark (referencia). En cambio, los modelos Alpha-AS mejoraran los resultados de Gen-AS en Sharpe, Sortino y P&L-to-MAP. La poca aversión al riesgo localizada de los algoritmos Alpha-AS se ve reflejada en el máximo drawdown para el que se proponen diferentes soluciones y experimentos.
Nuestro simulador de alta frecuencia, usando datos de tick y L2, así como los algoritmos, están disponibles en un repositorio de github [23]. Este simulador es capaz de hacer un backtest de un día en segundos, simulando latencias y está preparado para usarse en mercados reales.
ABSTRACT
Market making is a high-frequency trading problem for which solutions based on reinforcement learning (RL) are being explored increasingly. This thesis presents an approach to market making using deep reinforcement learning, with the novelty that, rather than to set the bid and ask prices directly, the neural network output is used to tweak the risk aversion parameter and the output of the Avellaneda-Stoikov procedure, to obtain bid and ask prices that minimise inventory risk.
Two further contributions are, first, that the initial parameters for the Avellaneda-Stoikov equations are optimised with a genetic algorithm, which parameters are also used to create a baseline Avellaneda-Stoikov agent (Gen-AS); and second, that state-defining features forming the RL agent’s neural network input are selected based on their relative importance by means of a random forest. Some variants of the deep RL model (Alpha-AS-1, Alpha-AS-2 and Alpha-CS) were trained and backtested on real data (L2 tick data from 30 days of bitcoin–dollar pair trading) alongside the Gen-AS model and the other baselines.
The performance of the models was recorded through four indicators (the Sharpe, Sortino and P&L-to-MAP ratios, and the maximum drawdown). Gen-AS outperformed the two other baseline models on all indicators, and in turn the two Alpha-AS models substantially outperformed Gen-AS on Sharpe, Sortino and P&L-to-MAP. Localised excessive risk-taking by the Alpha-AS models, as reflected in a few heavy dropdowns, is a source of concern for which possible solutions and experiments are discussed.
Our high-frequency trading simulator using L2 tick data and algorithms is openly accessible on a github repository [23] , this simulator can backtest a complete day of trading date in seconds, simulating latencies, it is ready to use in real markets
Condicionantes que las altas temperaturas y el tipo de enfriamiento imponen al comportamiento mecánico del hormigón y a las posibilidades de ser reforzado con tejidos de fibra de carbono
No full textLa presente Tesis siembra una respuesta acerca de los condicionantes y los valores residuales que presenta un hormigón tras haber sido sometido a diferentes temperaturas, y la influencia que tienen en las prestaciones finales los parámetros que rigen el enfriamiento del citado hormigón, así como los condicionantes que el proceso anterior impone al hormigón para ser reforzado con tejidos unidireccionales de fibra de carbono.
El documento recoge un análisis del estado de la cuestión en el que se aportan los resultados obtenidos hasta la fecha por otros autores y las tendencias más repetidas en cuanto a las teorías existentes acerca del comportamiento del hormigón frente a diferentes incógnitas: temperaturas elevadas, su enfriamiento, el refuerzo de éste empleando fibra de carbono y la interacción entre los parámetros resultantes en las escasas ocasiones en las que se han analizado de manera conjunta algunas de ellas por parte de otros autores.
Otros aspectos han sido estudiados y analizados como, por ejemplo, la influencia del proceso y la velocidad a la que se incrementan las temperaturas durante el calentamiento y enfriamiento, o la relación de estos parámetros con el comportamiento mecánico a compresión o la deformación del hormigón. Además, la evolución de los materiales compuestos basados en fibra de carbono y resinas epoxi ha llevado a estos sistemas a ser ampliamente empleados en trabajos de rehabilitación de estructuras, por lo que se presentan también los últimos avances y desarrollos que las diferentes normativas y fabricantes aportan al abanico actual de soluciones.
El trabajo experimental realizado aporta una metodología para todo el proceso de calentamiento y enfriamiento, y trata de llenar el hueco existente acerca del conocimiento sobre la capacidad residual que un hormigón presenta tras estar sometido a un rango de temperaturas de entre 250 y 800 oC y ser enfriado de diferentes maneras, generando distintos tipos de tensiones internas en el hormigón, obteniendo con ello los resultados que se aportan como colofón a la investigación.
A modo de breve reseña, se han obtenido unos resultados que permiten indicar una disminución de las prestaciones del hormigón de al menos un 27 %, lo cual ocurre en la situación de calentamiento de la probeta a 250 oC y enfriamiento paulatino hasta alcanzar la temperatura ambiente. La pérdida de prestaciones se eleva hasta un 73 %, en la situación de calentamiento de la probeta a 400 oC y enfriamiento brusco mediante aspersión.
También se ha tratado de generar una metodología para temperaturas entre 500 y 800 oC, si bien se ha podido comprobar, como recoge parte de la bibliografía existente, que no es posible llevar a cabo unos procesos de calentamiento controlados sobre un hormigón convencional (sin prestaciones de alta resistencia ni con fibras incorporadas en su composición) sin que sufra daños irreparables que imposibiliten obtener valores de prestaciones mecánicas.
En una segunda fase, las probetas de hormigón previamente sometido a los procesos térmicos anteriores de calentamiento y enfriamiento fueron reforzadas con tejidos unidireccionales de fibra de carbono de diversos gramajes, por lo que ha sido posible determinar la capacidad de mejora que cada uno de estos tejidos aporta al hormigón tras haber sido sometido a cada temperatura y tipo de enfriamiento. En esta parte de la investigación se han obtenido resultados que demuestran el incremento en las prestaciones que genera este tipo de intervención en el hormigón, incluso con valores residuales del hormigón inferiores a los que parte de la bibliografía existente indica como mínimos.
También ha sido posible determinar la capacidad de recuperación que este tipo de intervención aporta al hormigón que previamente había sido ensayado a compresión. En todos los casos anteriores, los condicionantes que el hormigón impone a la posibilidad de ser reforzado han sido analizados junto a los resultados, obteniendo valores de resistencia a compresión, deformación (antes y después de los procesos térmico y de refuerzo), evolución de la masa del hormigón y gradientes resultantes en cada una de las fases entre otros.
Los resultados obtenidos como fruto de los trabajos antes descritos han sido comparados minuciosamente en dos frentes: el primero, con los expresados por otros autores; el segundo, con los valores que la normativa internacional más actualizada indica al respecto a través de su formulación. Además, los resultados anteriores se han valorado desde el punto de vista económico.
Por último, y con el objetivo de servir de base a futuras líneas de investigación, se presenta una propuesta de ideas cuya investigación ayudaría a contribuir a seguir aportando conocimiento al campo de la ingeniería en general, y de las estructuras de hormigón y su rehabilitación en particular.
ABSTRACT
The current Thesis provides an answer about the conditioning factors and residual values that a previously defined concrete presents after having been subjected to different temperatures, and the influence that the parameters that govern the cooling of that concrete have on the final performance, as well as the conditioning factors that the previous process imposes on the concrete to be reinforced with unidirectional carbon fiber fabrics.
The document contains an analysis of the state of the art in which the results obtained up to date by other authors and the most repeated tendencies in terms of the existing theories about the behaviour of concrete against different unknown facts: high temperatures, its cooling process, its reinforcement using carbon fiber and the interaction between the resulting parameters in the few occasions in which some of them have been analysed jointly by other authors.
Other aspects have been studied and analysed, such as, for example, the influence of the process and the rate at which temperatures increase during heating and cooling, or the relationship of these parameters with the mechanical behaviour in compression or deformation of the concrete. In addition, the evolution of composite materials based on carbon fiber and epoxy resins has led these systems to be widely used in structural refurbishment works, so the latest advances and developments that the different standards and manufacturers contribute to the current range of solutions are also presented.
The experimental work carried out provides a methodology for the whole process of heating and cooling and tries to fill the existing gap in the knowledge about the residual capacity that a defined concrete present after being subjected to a range of temperatures between 250 and 800 oC and being cooled in different ways, generating different types of internal stresses in the concrete, thus obtaining the results that are provided as the culmination of the research.
As a brief summary, the results obtained indicate a lesser decrease in the performance of the concrete of 27%, which occurs in the situation of heating the specimen to 250 oC and gradual cooling to room temperature. The previous loss of performance increases to a decrease of 73 %, obtained in the situation of heating the specimen to 400 oC and sudden cooling by spraying, until reaching the room temperature.
An attempt has also been made to generate a methodology for temperatures between 500 and 800 oC, although it has been verified, as shown in part of the existing bibliography, that it is not possible to carry out controlled heating processes on conventional concrete (without high strength performance or with fibers incorporated in its composition) without suffering irreparable damage that makes it impossible to obtain mechanical performance values.
In a second stage, the concrete previously subjected to the previous thermal processes of heating and cooling, was reinforced with unidirectional carbon fiber fabrics of different weights, so it has been possible to determine the capacity of improvement that each of these fabrics provides to the concrete after being subjected to each temperature and type of cooling. In this part of the research, results have been obtained that demonstrate the increase that this type of intervention generates in the concrete, even with residual values of the concrete lower than those that part of the existing bibliography indicates as minimum.
It has also been possible to determine the recovery capacity that this type of intervention provides to concrete that had previously been tested in compression. In all the previous cases, the conditioning factors that the concrete imposes on the possibility of being reinforced have been analysed together with the results, obtaining values of compressive strength, deformation (before and after the thermal and reinforcement processes), evolution of the concrete mass and resulting gradients in each of the phases, among others.
The results obtained as a result of the work described above have been thoroughly compared on two fronts: the first, with those expressed by other authors; the second, with the values that the most updated international standards indicate in this respect through their formulation. In addition, the above results have been evaluated from an economic point of view.
Finally, and with the aim of serving as a basis for future lines of research, some ideas of investigation are proposed that would help to continue contributing knowledge to the field of engineering in general, and of concrete structures and their refurbishment in particular
Estudio energético del dispositivo wec pelamis p-750 en la demarcación marina noratlántica de España
No full textEn el presente proyecto se ha estudiado la viabilidad del dispositivo convertidor de energía de las olas Pelamis P-750 en la costa norte de España.
Con este propósito, se ha llevado a cabo el estudio en el periodo 2003-2022 y se ha realizado una previsión a futuro teniendo en cuenta tres escenarios de afectación del cambio climático.
Los programas utilizados han sido Matlab para la generación de códigos y ArcGIS para los mapas.
Por último, se ha analizado la viabilidad económica a futuro evaluando los costes según el LCOE y los ingresos.
ABSTRACT
This Project has studied the viability of the Pelamis P-750 Wave Energy Converter device on the northern coast of Spain.
For this purpose, the study has been carried out by taking into account three scenarios of climate change effects.
The programmes used were Matlab for code generation and ArcGIS for the maps.
Finally, the future economic viability has been analysed by evaluating the cost according to the LCOE and the revenues