Ing. Cristian Federico Fernandez Moscoso -  R.N.I. 49086

Es Ingeniero Civil de la Universidad Mayor Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca, con Mención en Hidráulica/Sanitaria y Vías de comunicación

PALABRAS CLAVES

Shallow Water Equations: Ecuaciones de aguas poco profundas.

American Standard Code for Information Interchange: Código Estándar Americano para Intercambio de Información.

Soil Conservation Service: Servicio de Conservación de Suelos.

RESUMEN 

Bolivia es un país que no esta exento de eventos extraordinarios como son las inundaciones, muchos departamentos fueron afectados tanto con la pérdida de vienes materiales como la pérdida de vidas humanas. En la ciudad de Tupiza en febrero de 2018 y la de Sucre en enero de 2021 fue la muestra clara de estos eventos, ocasionando daños tanto en las viviendas, pérdida de vidas humanas (Tupiza) y perdida de insumos de comercio en el Mercado Campesino (Sucre). Debido a esto es necesario conocer la modelación hidrodinámica con el software Iber con el fin de poder delimitar zonas con alto riesgo de peligrosidad para poder alertar a sus habitantes.

INTRODUCCION 

Para alertar, prevenir y dar soluciones a los pobladores de una determinada área de estudio de posibles riesgos de inundación al momento en que se origina una lluvia intensa, el grupo de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente, GEAMA (Universidad de A Coruña), el FLUMEN (Universidad Politécnica de Cataluña, UPC, y Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería, CIMNE) y el Centro de Estudios Hidrográficos de CEDEX desarrollo un software bidimensional para la simulación del flujo superficial libre, morfodinámica, proceso de transporte y hábitat en ríos y estuarios. 

Este software es conocido con el nombre de Iber, puede ser obtenido de manera gratuita desde su sitio web oficial (www.iberaula.es). El software Iber consta actualmente de tres módulos de cálculo principales: un módulo hidrodinámico, un módulo de turbulencia y un módulo de transporte de sedimentos, en este apartado haremos énfasis en el módulo hidrodinámico ya que los anteriores módulos requieren de un trabajo de campo más exhaustivo, tiempo y mucha información que en su momento llega a generar cierta incertidumbre cuando se exhiben los posibles resultados.

Iber es un software que resuelve las ecuaciones de agua someras promediadas en profundidad, también conocidas como “2D Shallow Water Equations” (2D-SWE) o ecuaciones de Saint-Venant bidimensionales, dichas ecuaciones están en función de: la presión hidrostática, pendiente del fondo, tensiones tangenciales viscosas y turbulentas, rozamiento del fondo, rozamiento superficial por viento, la precipitación (lluvias) y la infiltración. El rango de aplicación donde son más utilizados es: la dinámica fluvial, evaluación de zonas inundables, la simulación de rotura de presas y el cálculo de transporte de sedimentos y contaminantes. 

DESARROLLO POR PASOS 

Iber, al momento de realizar la modelación hidrodinámica para determinar las zonas inundables divide en tres procesos (figura 1), en estos procesos introducimos la geometría y la rugosidad del área de estudio donde ocurren lo eventos extraordinarios, a su vez definimos las condiciones de contorno donde iniciará y terminará el evento (en este punto fijamos los caudales máximos para diferentes tiempos que son calculados a partir de una evaluación hidrológica). Una vez completado el proceso donde se insertan los datos asignamos los valores que deseemos que se visualicen en el software Iber como ser: los tirantes máximos y velocidades de flujo del rio que posee el área de estudio. A continuación, daremos una descripción más completa de cada proceso.

Figura 1: Procesos de una “Modelación Hidrodinámica” aplicando Iber (Elaboración Propia)

PRE-PROCESO

Este proceso se divide en tres partes, está en función de los datos que iremos insertando en el software Iber y son:  

• Creación o importación de una geometría 

La geometría se obtiene a partir de un “modelo digital de terreno (MDT o DEM)” que debe transformarse en un formato ASCII, para trabajar y realizar la transformación del MDT utilizaremos herramientas computacionales SIG (Sistema de Información Geográfica). Una vez transformado, importaremos el MDT a Iber y se creara una “red irregular de triángulos (RTIN)” como se ve en la figura 2

Figura 2: Red Irregular de Triángulos (Fuente: Iber, Manual Básico de Usuario 23.05.2012)

• Asignar la rugosidad del área de estudio 

La rugosidad, también conocido como el “coeficiente de Manning”, se hallan tabulados en diferentes tablas que están en función del tipo de canal y de las características que presenta el suelo, estos valores pueden hallarse en diferentes bibliografías, una de las más conocidas o usadas en nuestro medio es del libro “HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS, Ven Te Chow, Ph. D.” ya que posee una amplia descripción de diferentes tipos de canales o suelos. Para la selección del valor de la rugosidad debe apoyarse en memorias fotográficas o inspecciones realizadas al área donde se desea modelar la inundación. Al igual que la geometría, la rugosidad debe exportarse en formato ASCII con la ayuda de herramientas computacionales SIG.

• Asignar condiciones de contorno 

Las condiciones de contorno es aquello donde se estipula por donde iniciara y finalizara el evento extraordinario (crecida de rio o inundación), en este punto ya se debe tener listo una evaluación hidrológica completa, lo que involucra un análisis morfológico de la cuenca, llenado o completado de los datos de “Precipitación Máxima de 24 horas”, definir el periodo de retorno o la probabilidad de que un evento extraordinario vuelva a repetirse (se considera un periodo de retorno de 100 años para la evaluación de crecidas ya que tiene un riesgo admisible del 18 %), determinar la distribución probabilística de los máximos anuales (utilizar la distribución probabilística de GUMBEL), cálculo de la tormenta de diseño y el tiempo de concentración, obtener los hietogramas de diseño y finalmente estimar los caudales máximos (se recomienda utilizar el método del Soil Conservation Service – SCS, ya que se ajusta a cualquier dimensión de una cuenca).

Las condiciones de contorno deben asignarse en la red irregular de triángulos (RTIN) que crea el software Iber, se aplica con la ayuda de una ortofoto.

CÁLCULO

En este proceso simplemente se definen los parámetros de tiempo que durara la modelación, está en función del tiempo máximo del “Hidrograma de Crecidas” que se adquiere a partir de la evaluación hidrológica, también es importante seleccionar los diferentes elementos resultantes que darán la modelación como ser: caudales máximos, tirantes máximos, velocidades máximas, etc. Estos resultados serán expresados en áreas coloreadas que simulen la inundación (figura 3). 

Figura 3: Modelación Hidrodinámica de la ciudad de Sucre-Bolivia, zona del Tejar (Fuente: Elaboración propia)

POST-PROCESO 

Es el proceso de finalización de la modelación hidrodinámica donde Iber nos proporciona una serie de herramientas que nos permite visualizar el desarrollo y comportamiento de la inundación, también podemos crear secciones transversales con información sobre la altura del nivel del agua de áreas o puntos críticos que consideremos peligroso para la humanidad o que ocasione algún daño material de vital importancia.   

Podemos exportar estas visualizaciones a las herramientas computacionales SIG, ya que en estas herramientas tendremos una mejor calidad de las imágenes y permitirá delimitar áreas que tengan un alto riesgo de peligrosidad que ocasionan los eventos, creando así “Mapas de Peligrosidad” (figura 4). A partir de estos mapas podremos considerar las diferentes acciones estructurales, mejorar el planteamiento de políticas y planificación urbana, crear reglas de operación, predicción de crecidas para realizar evacuaciones preventivas que se pueden realizar antes de que inicie un evento extraordinario.  

Figura 4: Mapa de Peligrosidad de la ciudad de Sucre-Bolivia, zona del Tejar, resultado de la Modelación Hidrodinámica en Iber (Fuente: Elaboración Propia)

CONCLUSIONES 

Iber es una de las herramientas de fácil adquisición y comprensión, pero al momento de realizar un modelo se requiere de amplia información que se debe evaluar tanto en gabinete como in situ, acompañado de otras herramientas computacionales que ayuden a reducir el trabajo de peritaje del área que se desea modelar.  

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

• Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino, CENTRO DE ESTUDIOS DE EXPERIMENTACION DE OBRAS PUBLICAS (CEDEX), IBER: MANUAL BASICO DE USUARIO, Edición 2012, España.
•  Organización Meteorológica Mundial (OMM), (2011), MANUAL SOBRE PREDICCION Y AVISOS DE CRECIDAS, Edición 2011.
• Comisión Nacional del Agua de México (CONAGUA), (2011), MANUAL PARA EL CONTROL DE INUNDACIONES, Edición 2011.

Ven Te Chow, MgGRAW-HILL INTERAMERICANA, S.A. (1994), HIDROLOGIA APLICADA, Primera Edición, Santafé de Bogotá, Colombia.

Ing. Paola Andrea Postigo Rojas - R.N.I. 30700
Es Ingeniera Petrolera de la Escuela Militar de Ingeniería con Especialidad Internacional en Protección Catódica con certificación NACE y certificación ASTM, Diplomado en Educación Superior.
RESUMEN 

La lucha contra la corrosión implica el uso de varias técnicas para mantener la vida útil de nuestros activos; entre esas técnicas se utiliza la protección catódica para proteger los ductos de transporte de hidrocarburos, entre otras estructuras de acero. En Bolivia, los ductos están protegidos por medio de esta técnica, sin embargo, la presencia de corrientes vagabundas puede generar interferencias DC a las estructuras enterradas protegidas, esto puede generar en el caso más crítico, una corrosión del ducto. Una de las fuentes de corrientes vagabundas dinámicas son los trainsways, como es el caso del tren metropolitano de Cochabamba.

Palabras claves: Corrientes vagabundas, interferencia de corriente continua DC, protección catódica, ductos, acero.

INTRODUCCIÓN

La sostenibilidad es la capacidad de resistir. El propósito principal de cualquier sistema de control de corrosión/protección catódica es mitigar la corrosión. Al preservar una tubería u otra estructura metálica y no dejar que se corroa hasta el óxido, permite que esta perdure. Por lo tanto, mitigar la corrosión conduce a la sostenibilidad.

En Bolivia, es necesario que durante la construcción de las redes de transporte de gas enterradas sea instalado un sistema de protección catódica para protegerlas. El más empleado para longitudes más grandes es la técnica por corriente impresa. En Cochabamba existen más de 7 redes de gas primarias protegidas por esta técnica. Sin embargo, para que las tuberías se mantengan dentro del criterio de protección es necesario estudiar las interferencias DC o corrientes vagabundas DC que pueden llegar a producir una corrosión severa en los ductos.

A partir del año 2020 se comenzó con el proyecto del tren Metropolitano en la ciudad de Cochabamba con un trayecto de alrededor de 42.1 km, el cual dará servicio a la población del Cercado, Quillacollo, Sipe Sipe, Colcapirhua, Muyurina, 6 de Agosto y la UMSS Agronomía. Esto es sin duda un gran paso en el mundo del servicio de transporte público de Cochabamba, sin embargo, es importante analizar cada aspecto y su posible interacción con estructuras próximas. Este tren funcionara con corriente continua, lo cual lo convierte en una gran fuente de corrientes vagabundas para los ductos de acero de transporte con protección catódica.

Existen diversos métodos para proteger las tuberías de acero de estas corrientes vagabundas, pero el primer paso y el más importante consiste en localizar el origen del problema y la zona en la que se producen la entrada y salida de corrientes de la tubería. 

DESARROLLO 

La protección catódica es una técnica que permite reducir la velocidad de corrosión de un material metálico, en un electrolito, al disminuir el potencial de corrosión del metal. Esta tiene dos tipos de sistemas; por ánodos galvánicos y por corriente impresa. El más utilizado para proteger superficies grandes es el de corriente impresa.

Los sistemas de tránsito de corriente continua generan corrientes vagabundas, su corriente es el resultado de una fuga de los rieles a la tierra. La corriente fluye desde los rieles mientras encuentra un camino de regreso a la subestación, la fuente de sus corrientes. El lugar donde la tubería pierde corriente se denomina comúnmente área de ánodo o área de descarga. Esta es el área donde generalmente ocurre la corrosión. (Langelund, 2018)

Imagen 1. Interferencia de corrientes Vagabundas (entrada y salida de corriente)

Fuente: Elaboración propia (2022)

Cabe recalcar que las corrientes vagabundas pueden estar presentes en el suelo, pero no siempre generaran interferencias sobre los ductos, es decir que no habrá ingreso de corriente en el ducto y, por ende, no habrá una salida de corriente del ducto hacia el suelo, traduciéndose en cero corrosión.  

IDENTIFICACIÓN DE INTERFERENCIAS VAGABUNDAS DC

Para la identificación de las interferencias es necesario prestar atención a las variaciones de potencial entre el suelo y la estructura y a los gradientes de tensión en el suelo.

Los sistemas de tracción son un clave ejemplo de interferencias DC fluctuantes, para ello se deben realizar mediciones utilizando un registrador de potencial y corriente (data-logger) durante un periodo durante el cual se espera un máximo de interferencia, así como un periodo sin ninguna interferencia si es posible, por ello se recomienda 24 horas de registro de datos.

CRITERIO DE INTERFERENCIAS DEBIDO A LAS CORRIENTES VAGABUNDAS

En interferencias DC hay una desviación positiva del potencial sobre la estructura. Por lo tanto, en las estructuras sin protección catódica es aceptable una desviación positiva máxima del potencial de 300 mV comprendida una caída óhmica y sin caída óhmica de 20 mV para una resistividad del suelo ≥ 200 Ωm. En el caso de estructuras con protección catódica es recomendado instalar una sonda de prueba para evaluar la aceptabilidad de las interferencias debido a las corrientes vagabundas. (CENELEC, 2005)

REDUCCIÓN DE LAS INTERFERENCIAS DEBIDO A LAS CORRIENTES VAGABUNDAS

Es importante considerar tres factores que juegan un rol importante para la reducción de las interferencias:

1. El buen estado del revestimiento de los ductos.
2. El aislamiento de las estructuras cercanas esto quiere decir evitar todo contacto directo del metal con la fuente de corrientes vagabundas u otras estructuras metálicas. De igual forma, los rieles del tren deben estar bien aisladas para evitar la salida de corriente de esta.
3. La distancia entre la fuente de interferencias DC y el ducto debe ser importante, ya que el nivel de interferencia disminuye con la distancia. 

Existen varias soluciones utilizadas en varias partes del mundo que pueden ser consideras en caso de evidencia de una interferencia del sistema de tracción DC sobre la red de transporte de hidrocarburos. Esto consiste en la instalación de dispositivos de atenuación que permiten reducir o eliminar la descarga de corrientes vagabundas del ducto hacia el suelo de manera que se permita alcanzar los criterios de protección a la corrosión deseados. Entre estos son: 

• Drenajes unidireccionales: también conocidas como unión eléctrica polarizada, se caracteriza porque permite circular la corriente en una sola dirección, lo cual la hace apta para estructuras donde el potencial no es siempre más positivo que la fuente de corriente continua, que es el caso de los sistemas de tracción en DC.
• Drenajes forzados: se caracteriza porque se fuerza la corriente hacia un solo lado, se lo utiliza cuando los drenajes unidireccionales no drenan suficientemente la corriente generada por la estructura perturbadora, que también es el caso de los sistemas de tracción DC. (CENELEC, 2005)

Imagen 2. Drenaje unidireccional

 

Fuente: Elaboración propia (2022);  (Drainages, 2022) 

MEDICIONES DE POTENCIALES PARA LA VERIFICACIÓN DE LA EFICACIDAD DE LA PROTECCIÓN CATÓDICA DE LOS DUCTOS

Las mediciones de potenciales se deben realizar con la ayuda de un cupón metálico debido a la presencia de posibles corrientes vagabundas que no necesariamente entran en la estructura pero que pueden generar lecturas de potenciales erróneos. Por ejemplo; se realiza una lectura de potencial de -860 mV sin un cupón metálico en un zona con presencia de corrientes vagabundas, en el mismo punto se realiza la medición de potencial esta vez con un cupón metálico teniendo una lectura de -820 mV, esta ultima lectura no esta dentro del criterio de protección catódica citado en el estándar de la NACE ST0169 y la ISO EN 15589-1.

Imagen 3 – Estación de prueba con cupón

Fuente: (NACE, 2014)

TREN METROPOLITANO Y LAS REDES DE GAS EN COCHABAMBA 

Cochabamba cuenta con una gran red de gas primaria además de redes de usuarios industriales. Como anteriormente se menciona la distancia entre la estructura influenciadora y la influenciada es importante, considerando esto podemos observar una posible cercanía de algunos ductos con el tren Metropolitano. (Ver imagen 3)

Imagen 4 - Mapa de Redes de gas y ruta del tren Metropolitano

Fuente: (YPFB, 2022) ; (Unidad Técnica de Ferrocarril, 2022) 

Se necesitaría realizar un análisis más profundo para evidenciar interferencias DC más allá de ver las posibles interacciones en los cruces o paralelismos del sistema de tracción DC con las redes de transporte de hidrocarburos. 

CONCLUSIÓN

Las corrientes vagabundas pueden estar presentes en el suelo y no necesariamente generar interferencias sobre los ductos, por lo tanto es importante realizar las mediciones necesarias para identificarlas y una vez evidenciada una interferencia proceder a la instalación de los dispositivos de atenuación. Los programas de control de la corrosión para los ductos de Cochabamba que operan en las proximidades del sistema de tracción alimentados por DC deben ser conscientes de esta fuente siempre presente de interferencia DC que puede llegar a ser potencialmente devastadora y contar con disposiciones adecuadas para la detección y resolución rápidas de condiciones inaceptables. El diálogo rutinario y efectivo entre YPFB Redes/YPFB Transporte y la Unidad Técnica de Ferrocarriles es fundamental.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CENELEC, N. e. (juillet de 2005). NF EN 50162 - Protection contre la corrosion due aux courants vagabonds des sistèmes à courant continue.

Drainages. (2022). Obtenido de ADCA: https://www.adca.fr/drainages?lightbox=dataItem-jdbgojqq

Langelund, E. S. (2018). PIPELINE STRAY DIRECT CURRENT DC INTERFERENCE. Nace International Paper 10689, 1-6.

NACE. (2014). SP0104, The Use of Coupons for Cathodic Protection Monitoring Applications.

Unidad Técnica de Ferrocarril, B. (2022). Ministerio de Obras Publicas Servicios y Viviendas. Obtenido de https://mitren.oopp.gob.bo/#/paradas

YPFB, R. d. (2022). Plano de redes de gas en Cochabamba. Distrito de Cochabamba.

Ing. Aaron Nestor Mamani Villca - R.N.I. 49393

Es Ingeniero Electrónico de la Universidad Mayor de San Andrés.

RESUMEN

Este trabajo presenta el diseño de controladores óptimos multivariables desarrollado a partir de un modelo descrito en el espacio de pseudoestados. Se describe con brevedad la representación de sistemas en el espacio de pseudoestados. El algoritmo de control se diseña considerando un sistema MIMO lineal invariante en el tiempo. Posteriormente, se verifica el funcionamiento del controlador mediante simulación. El enfoque del espacio de pseudoestados se extiende fácilmente a sistemas de control no lineales, adaptativos y de modelo predictivo.

PALABRAS CLAVE. Control moderno, control óptimo, espacio de pseudoestados, control digital, sistemas MIMO, control multivariable, controlador LQR.

INTRODUCCIÓN

Existen varios retos en la ingeniería de control, siendo uno de ellos el análisis y diseño de sistemas de control multivariable. Los controladores para sistemas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) suelen requerirse con bastante frecuencia en los sistemas eléctricos, sistemas robóticos, sistemas industriales y demás. Usualmente el problema del control multivariable es considerado difícil debido a la existencia de una interacción intrínseca entre las entradas y las salidas y una gran cantidad de parámetros.

El control óptimo es un recurso muy conveniente al momento de diseñar sistemas de control que presenten una gran cantidad de parámetros. El problema de síntesis se formula como la minimización de un criterio que es una función cuadrática de los pseudoestados y de las señales de control; el método de diseño óptimo supone escribir esta función cuadrática llamada función costo. Por consiguiente, el procedimiento de diseño óptimo minimiza la función costo.

La ventaja del control óptimo por realimentación de pseudoestados respecto al control clásico reside en que el primero utiliza la evolución de las variables del sistema, en cambio la estructura clásica necesita la construcción de elementos de derivación o integración puros. En sistemas complejos el control óptimo puede realizar un control más potente que el que realiza el regulador PID, el cual solamente actúa sobre la señal de error de la salida y la referencia.

ESPACIO DE PSEUDOESTADOS

Para el diseño del controlador se utilizará el modelo del espacio de pseudoestados. A continuación, se escribe un sistema MIMO lineal invariante en el tiempo.

Donde se sigue la siguiente nomenclatura: uk es el vector de entrada de dimensión , yk es el vector de salida de dimensión , xk es el vector de pseudoestado de dimensión m, es la matriz de pseudoestado de dimensión m×m, es la matriz de entrada de dimensión m×μ, es la matriz de salida de dimensión ν×m. El valor de m depende de la dimensiones y , teniendo la equivalencia m=nμ+ν; n es el orden del sistema. El modelo de pseudoestados no es tan restrictivo como el modelo de estados. El vector de pseudoestados tiene la siguiente estructura.

Los matrices parámetros Bi y Aj, donde i=0,…,n y j=1,…,n, son matrices de coeficientes de dimensiones ν×μ y ν×ν respectivamente. Se consideran las siguientes definiciones.

Notar que el vector de pseudoestados xk no es de dimensión mínima, por lo que no se refiere a este como un vector de estados convencional, de aquí el nombre de pseudoestados.

DISEÑO DEL CONTROLADOR

En el control óptimo es fundamental la elección de un índice de desempeño que determine el desempeño del sistema y la complejidad del problema del control óptimo. La elección más popular para dicho índice es una función cuadrática de las variables de pseudoestado y las entradas de control. Consideramos el siguiente índice de desempeño para un horizonte de planificación infinito.

Las matrices Q y R pueden seleccionarse para penalizar ciertos pseudoestados o entradas más que otros. Las matriz Q debe ser semidefinida positiva con dimensión m×m, y la matriz R debe ser definida positiva con dimensión μ×μ. La solución referente al índice de desempeño de (7) viene dada por las siguientes expresiones con la condición de que el sistema sea estabilizable.

La ecuación (8) se conoce como la ecuación algebraica de Riccati de tiempo discreto. Mediante una selección apropiada de los coeficientes de las matrices de peso se establece el compromiso entre la varianza de la salida y la energía utilizada para el vector de acciones de control.

Si bien la ley de control óptima estabiliza al sistema, esta no contempla el seguimiento a una referencia. Para resolver el problema de seguimiento se realizará el diseño de un controlador óptimo en base al esquema de la figura 1.

Figura 1. Sistema de control con realimentación de pseudoestados y acción integral.

De acuerdo a la anterior configuración tendremos la realimentación del vector de pseudoestados y la realimentación de la salida para el control integral.

El sistema de seguimiento tiene la siguiente ecuación.

La formulación del control óptimo vista previamente puede ser realizada con las matrices y . La dimensión de la matriz de peso Q incrementa al penalizar también la acción integral.

SIMULACIÓN DEL CONTROLADOR

En esta sección la simulación se llevará a cabo con el sistema TITO de tanques interconectados Feedback 33-230; las señales manipuladas controlan unas bombas y las variables de salida son los niveles de los tanques. El modelo de fase mínima se escribe a continuación (R. Ramírez, 2012).

Se requiere dicretizar el anterior modelo, entonces se elige un periodo de muestreo de diez segundos. Empleando el esquema de control de la figura 1, se penaliza con las matrices de peso R=I2 y Q=diag10, 10, 0, 0, 0, 0, 1, 1. Luego de resolver la ecuación algebraica de Riccati se encuentra la matriz de realimentación de pseudoestado y la matriz de ganancia integral.

La simulación del sistema de control se presenta en la figura 2. El vector referencia es marcado con líneas punteadas en la gráfica izquierda. Inicialmente, la señal de referencia es ajustada como rT=69 48 , a los cinco minutos la referencia es modificada a rT=58 37 .

 

Figura 2. Respuesta del sistema y variable de control del modelo de tanques acoplados.

CONCLUSIÓN

El esquema de control óptimo multivariable planteado y ejemplificado en la simulación de tanques acoplados es una alternativa recomendable para una implementación debido a que el algoritmo de control puede ser programado cómodamente en un computador o microcontrolador.

Con la representación en el espacio de pseudoestados se logra resolver el problema del control multivariable. Asimismo, este enfoque es extensible para diseñar sistemas de control no lineales, adaptativos, robustos y predictivos; por lo tanto, el trabajo es una sugerencia sobre los últimos resultados de investigación en el campo del control.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. A. Mamani, Control en el Espacio de Pseudoestados, La Paz, 2022.
2. A. Aguado y M. Martínez, Identificación y Control Adaptativo, Prentice Hall, 2003.
3. A. Mamani, “Sistema de Seguimiento con Realimentación del Pseudoestado y Acción Integral,” ELECTROMUNDO, no. 95, pp. 76-82, 2022.
4. A. Aguado, “Algoritmo de Control Predictivo-Adaptable en el Espacio de Pseudo-Estados,” Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial, vol. 3, no. 1, pp. 52-56, 2006.
5. M. Fadali y A. Visoli, Digital Control Engineering, 2nd ed., Prentice Hall, 2013.
6. R. Ramírez, “Análisis Dinámico y Control Multivariable del Sistema de Tanques Interconectados Feedback 33-230,” Universidad de Costa Rica, 2012.
7. K. Ogata, Sistemas de Control en Tiempo Discreto, 2nd ed., Prentice Hall Hispanoamericana, 1996.

V. Exadaktylos, C. Taylor y A. Chotai, “Model Predictive Control Using a Non-Minimal State Space Form with an Integral-Of-Error State Variable,” UKACC International Conference on Control 06, Paper-72, 2006.

Ing. Sergio Vladimir Ureña Merida - R.N.I. 14366

Es Ingeniero de Sistemas de la Universidad Técnica de Oruro con Maestría en Multimedia para Internet y Educación Superior.

RESUMEN

El reconocimiento facial es uno de los temas de investigación de procesamiento de imágenes. El sistema de reconocimiento facial, basado en componentes principales (ACP) y la red neuronal de avance. Los sistemas convencionales de reconocimiento facial se aplican en rostros con maquillaje donde se cubre un área menor, desarrollando un sistema que consta de dos fases que son la fase de preprocesamiento de ACP y la fase de clasificación de la red neuronal. Aplicar ACP para calcular el vector de proyección de características de un rostro, se utiliza para la identificación de caras por la red neuronal de alimentación directa.

Palabras clave: Análisis discriminante lineal (ADL), Análisis de componente independiente (ACI) y máquina de vector de soporte (MVS)

INTRODUCCIÓN

Quizás el ejemplo más conocido de un sistema de reconocimiento facial se deba a Kohonen, quien demostró que una red neuronal simple podría realizar el reconocimiento facial para imágenes faciales alineadas y normalizadas. El tipo de red que empleó calculó una descripción de la cara aproximando los vectores propios de la matriz de autocorrelación de la imagen de la cara; estos vectores propios ahora se conocen como "caras Èigen".

El sistema de Kohonen no fue un éxito práctico debido a la necesidad de una alineación y normalización precisas. En los años siguientes, muchos investigadores probaron esquemas de reconocimiento facial basados en bordes, distancias entre características y otros enfoques de redes neuronales. Si bien varios tuvieron éxito en pequeñas bases de datos de imágenes alineadas, ninguno tuvo éxito abordó el problema más realista de las grandes bases de datos donde se desconoce la ubicación y escala del rostro.

MATERIAL Y MÉTODOS

La metodología empleada en la presente investigación se basa en un método experimental, de esta manera los sistemas de reconocimiento facial son procedimientos de identificación en el que se verifica a una persona en función de los rasgos humanos. Esta investigación describe un algoritmo de detección de rostros rápido con resultados precisos. Lip Tracking es uno de los sistemas biométricos a partir del cual se puede desarrollar un sistema genuino. Dado que las características de emisión de un individuo son únicas y difíciles de imitar, el seguimiento de los labios tiene la ventaja de hacer que el sistema sea seguro. El uso del autor de la expresión visual pregrabada de los hablantes ha generado y almacenado en la base de datos para futuras verificaciones. Nisha Soni (2013) introdujeron que el reconocimiento facial (RF) es un tema desafiante debido a las variaciones en la pose, la iluminación y la expresión. Los resultados de la búsqueda para la mayoría de los métodos de RF existentes son satisfactorios, pero aún incluyen imágenes irrelevantes para la imagen de destino. Navneet Jindal et al (2013) dan una idea de f, La detección de ace a partir de una larga base de datos de imágenes de rostros con diferentes fondos no es una tarea fácil. En este trabajo, el autor demostró el sistema de detección de rostros de imágenes faciales coloreadas que no varía con el fondo y las condiciones de iluminación aceptables. Cunjian Chen et al (2013) analizaron que el maquillaje facial tiene la capacidad de alterar la apariencia de una persona. Tal alteración puede degradar la precisión de los sistemas automatizados de reconocimiento facial, así como la de los métodos que estiman la edad y la belleza de los rostros.

INGENIERIA DEL PROYECTO O TRABAJO

ALGORITMOS

ACP, también conocido como método Karhunen-Loeve, es uno de los métodos populares para la selección de características y la reducción de dimensiones. El reconocimiento de rostros humanos mediante ACP fue realizado por primera vez por Turk y Pentland y la reconstrucción de rostros humanos fue realizada por Kirby y Sirovich. El método de reconocimiento, conocido como método de cara propia, define un espacio de características que reduce la dimensionalidad del espacio de datos original. Este espacio de datos reducido se utiliza para el reconocimiento. Pero el escaso poder de discriminación dentro de la clase y el gran cálculo son los problemas comunes bien conocidos en el método ACP. Esta limitación se supera mediante el análisis discriminante lineal (ADL). ADL es el algoritmo más dominante para la selección de características en los métodos basados en apariencia En el método propuesto el filtro de Gabor se utiliza para filtrar las imágenes de la cara frontal y el ACP se utiliza para reducir la dimensión de los vectores de características filtradas y luego ADL se utiliza para la extracción de características.

RESULTADOS

MÁQUINA DE VECTOR DE SOPORTE (MVS)

Las máquinas de vectores de soporte (MVS) son una de las técnicas más útiles en problema. Un claro ejemplo es el reconocimiento facial. Sin embargo, MVS no se puede aplicar cuando faltan entradas en los vectores de características que definen las muestras. Un algoritmo de clasificación que se ha utilizado con éxito en este marco es el conocido vector de soporte Máquinas (MVS), que se pueden aplicar al espacio de apariencia original o un subespacio del mismo obtenido después de aplicar un método de extracción de características. La ventaja del clasificador MVS sobre la red neuronal tradicional es que las MVS pueden lograr un mejor rendimiento de generalización. 

Fondo y cálculo de movimiento

DISCUSION

ANALISIS DEL COMPONENTE INDEPENDIENTE (ACI)

El análisis de componentes independientes (ACI) es un método para encontrar factores o componentes subyacentes a partir de datos estadísticos multivariados (multidimensionales). Es necesario implementar un sistema de reconocimiento facial que utilice ACI para imágenes faciales que tengan orientaciones faciales y diferentes condiciones de iluminación, lo que dará mejores resultados en comparación con los sistemas existentes. Lo que distingue a ACI de otros métodos es que busca componentes que sean estadísticamente independientes y no gaussianos. El ACI es similar al problema de separación de fuente ciega que se reduce a encontrar una representación lineal en la que los componentes sean estadísticamente independientes.

ANÁLISIS (ADL)

El análisis discriminante lineal (ADL) es un método muy importante para el reconocimiento facial. Produce una representación eficaz que transforma linealmente el espacio de datos original en un espacio de características de baja dimensión donde los datos están bien separados. Sin embargo, la matriz de dispersión dentro de la clase (SW) se vuelve singular en el reconocimiento facial y la ADL clásica no se puede resolver, que es el problema de muestra insuficiente de ADL (también conocido como problema de tamaño de muestra pequeño). 

CONCLUSIÓN 

Este tema e investigación ha intentado revisar un número significativo de artículos para cubrir el desarrollo reciente en el campo del reconocimiento facial. El presente estudio revela que, para mejorar el reconocimiento facial, el nuevo algoritmo debe evolucionar utilizando métodos híbridos de herramientas informáticas blandas como ANN, MVS, SOM que pueden producir un mejor rendimiento. Se incluye la lista de referencias para proporcionar una comprensión más detallada de los enfoques descritos. Pedimos disculpas a los investigadores cuyas importantes contribuciones pueden haberse pasado por alto.

Marcadores de valor RGB y de movimiento

CODIGO FUENTE:

Funciones creadas para la implementación del prototipo de reconocedor facial

• function deteccion_movimiento
• function deteccion_imagen(obj)
• function trama_llamada(vid, event)
• function actulaiza_fecha(vid, frame, background)
• function actauliza_local(vid, frame, background)
• function salida=ratio_check(s1,s2);
• function archivo_tecto(etiqueta_carpeta)
• function cargar_base();
• function reconocimiento_facial(I, Rectangle)
• function envia_correo(image);
• function salida_base;

Gráfico de Distancia

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Runer, IS y Tagiuri, R., 1954, La percepción de personas. En Handbook of Social Psychology, Ed., Addison-Wesley, Reading, MA, 634–654. 

Bledsoe, WW,1964, El método modelo en tratamientos faciales reconocimiento. Tech. reps. PRI: 15, Panoramic Research Inc., Palo Alto, CA. 

Ekman, P. Ed., Charles Darwin's,1988, The Expresión de las emociones en el hombre y los animales, tercera edición, con introducción, epílogo y comentarios de Paul Ekman.

Navneet Jindal y Vikas Kumar, 2013, "Algoritmo de reconocimiento facial usando ACP con redes neuronales artificiales” en International Journal de Avanzado Investigación en Ciencias de la Computación e Ingeniería de Software.

Chellapa, R., Wilson, CL y Sirohey, S.,1995, Reconocimiento humano y mecánico de rostros: una encuesta. Proc. IEEE, 83, 705–740.

Ing. Yonielt Eduard Bitre Mamani - R.N.I. 48066

Es Ingeniero Civil de la Universidad Mayor de San Andrés con un Diplomado en Ingeniería Sanitaria y Ambiental realizado en la Universidad Nacional Siglo XX.

RESUMEN

El presente trabajo desarrolló una metodología para realizar evaluación de impacto ambiental (EIA) en actividades, obras o proyectos de forma objetiva y acorde a las normativas bolivianas vigentes.

Implica, asimismo, el estudio detallado de los métodos existentes para realizar EIA, análisis de las reglamentaciones ambientales, el método de Battelle – Columbus con las innovaciones para ser utilizado en Bolivia y el desarrollo de un software basado en esta metodología, denominado EABACO.

El método incluye una base de datos para aplicar la metodología eficientemente en cuatro tipos de proyectos de infraestructura: carreteras, presas, rellenos sanitarios y plantas de tratamiento de aguas residuales.

Palabras clave: Battelle – Columbus, Calidad ambiental, Estudio de evaluación de impacto ambiental, Evaluación de impacto ambiental, Gestión ambiental.

 

INTRODUCCIÓN

Ante un agravamiento constante de los problemas ambientales en Bolivia, surge la necesidad de incrementar los esfuerzos en prevención de impactos ambientales ocasionados por actividades humanas y de esta forma garantizar tangiblemente el desarrollo sostenible.

La Evaluación de Impacto Ambiental (EIA) es la herramienta de protección ambiental reconocida a nivel mundial, la cual, es un procedimiento técnico - científico dirigido a prevenir e informar sobre los efectos que un determinado proyecto puede generar sobre el medio ambiente e introduce la variable ambiental en la toma de decisiones, Gómez D. (2002). Su utilización permite la preservación de los recursos naturales, la protección de ecosistemas y la identificación de medidas de mitigación necesarias.

Actualmente en Bolivia no se cuenta con una normativa que describa de forma detallada como deben hacerse estos estudios, por lo cual, los métodos empleados para realizar EIA son métodos clásicos, en su mayoría subjetivos, además, con la modificación reciente de los procedimientos para la categorización de proyectos, se hace más trascendental contar con métodos cuantitativos.

Bolivia por ser un país en vías de desarrollo requiere de nuevas iniciativas y propuestas capaces de generar un nuevo horizonte amigable con el medio ambiente y la sostenibilidad, para cumplir con los principios de Ley de la Madre Tierra.

La presente investigación tiene por objeto desarrollar el método del Instituto Battelle – Columbus para realizar evaluaciones de impacto ambiental incorporando en su desarrollo las normativas ambientales vigentes. El método se aplica a proyectos de infraestructura con un software metodológico.

DESARROLLO

Elección metodológica

La investigación realizó un análisis detallado de los métodos existentes (matriciales, cualitativos, cuantitativos, en base a SIG, combinados y otros), se puede evidenciar de este análisis que la metodología de Battelle - Columbus presentó una mayor puntuación por ser un método objetivo y fácil de comprender, sin embargo, requiere de complementaciones y adaptaciones necesarias.

Desarrollo del método mejorado de Battelle - Columbus

El método del instituto Battelle – Columbus (1972), fue desarrollado para proyectos hídricos en Estados Unidos y para poder emplearlo en nuestro medio se realizaron modificaciones e implementaciones necesarias, el proceso metodológico consiste en los siguientes pasos: describir los factores ambientales, describir las actividades del proyecto, realizar la identificación de impactos ambientales, valorar los impactos cualitativamente, valorar los impactos cuantitativamente, realizar una valoración neta del impacto, realizar la valoración global del proyecto y proponer las medidas de mitigación adecuadas.

Los factores ambientales son aquellas características que definen el medio ambiente y que son medibles, se recopiló un listado general y se lo ordenó de forma sintética en un diagrama (árbol de factores ambientales) distribuido en tres niveles; sistemas, medios y elementos. 

Para cuantificar el impacto total de un proyecto, es preciso agregar unos impactos con otros, para ello se les asigna previamente unos pesos distribuyendo entre todos los factores ambientales unas Unidades de Importancia Ponderadas (UIP), que en suma total resultan 1000 unidades. Para contar con una distribución base se recopiló propuestas de varios autores y se compatibilizó con el árbol de factores ambientales propuesto. Figura 1.

El método requiere que se realice una identificación y descripción de las actividades del proyecto propensas a causar impacto ambiental en cada una de las etapas, como ser: Construcción, ejecución, mantenimiento, cierre y futuro inducido.

 

Figura 1. Factores ambientales y distribución de la importancia

Para la identificación de impactos ambientales el método emplea las matrices causa – efecto, por ser esta la mejor herramienta para cumplir con este fin, sin embargo, puede complementarse con otras metodologías de identificación.

Valoración cualitativa de impactos ambientales

Esta forma de valoración sirve para medir la trascendencia de la acción sobre el factor alterado y para el proceso de cribado de impactos, se realiza de forma subjetiva, aunque los resultados obtenidos sean numéricos, mediante la evaluación de una serie de atributos que permiten calcular la importancia del impacto y asignarle un juicio, esta metodología corresponde a Coneza (1993), se eligió este método por ser bastante completo y muy utilizado en la región. Figura 2.

Figura 2. Valoración cualitativa de impactos

Valoración cuantitativa de impactos ambientales

La valoración cuantitativa expresa las características del elemento ambiental de forma medible, con el uso de índices e indicadores se determina la magnitud de cada impacto, cada uno de estos impactos se mide con unidades diferentes (unidades heterogéneas) y con ellas no es posible relacionar unos impactos con otros. La función de transformación hace corresponder, para cada factor ambiental, su magnitud en unidades heterogéneas a su magnitud en unidades homogéneas en una escala entre 0 y 1, más y menos desfavorable, respectivamente, se construyeron las funciones de transformación adaptadas a la normativa boliviana necesarias para medir cada factor ambiental. Figura 3.

Figura 3. Funciones de transformación, concepto y algunos ejemplos

 La valoración cuantitativa consiste en determinar la calidad ambiental del factor afectado por el impacto mediante la función de transformación adecuada, para la obtención de unidades de impacto neto (conmensurables), su contribución a la situación del medio vendrá disminuida en el mismo porcentaje que su calidad (UIA). Se aplica la valoración a la situación CON proyecto y SIN proyecto, de cuya diferencia se tendrá el impacto neto y la sumatoria de este último representa la valoración global del proyecto o de comparación de alternativas. Figura 4.

 

Figura 4. Valoración cuantitativa

En base a la metodología mejorada de Battelle – Columbus, se desarrolló un software en entorno web denominado EABACO ( www.eabaco.org ), el cual incluye una base de datos para cuatro tipos de proyectos de infraestructura.

 CONCLUSIONES

Se analizó los métodos existentes para realizar EIA y tras un análisis, se determinó que el método del instituto Battelle-Columbus es el más recomendable para aplicar en nuestro medio y con este fin, se le realizaron las siguientes adecuaciones y complementaciones:

Se elaboró un árbol de factores ambientales general ponderado para todo tipo de proyectos.

• Se incorporó una etapa de identificación de impactos mediante una matriz causa – efecto.
• Se incluyó una etapa de valoración cualitativa útil para la selección de impactos (cribado).
• Se construyeron las funciones de transformación acordes a las normativas bolivianas.
• Se establecieron señales de alerta para mejorar la comprensión de los resultados obtenidos.

Además, se elaboró las fichas de evaluación de impacto las cuales son una ayuda conceptual y el software EABACO que permite aplicar eficientemente el método.

Se comprobó la efectividad del método con ejemplos desarrollados en planillas Excel y corroborados con la aplicación web; para cada ejemplo se construyeron las funciones de transformación utilizadas en la evaluación, se determinó su viabilidad ambiental y se propusieron las medidas de mitigación necesarias aplicando el concepto de jerarquía de mitigación.

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