Estudio de la factibilidad para implementar el sistema de climatización geotérmica con captación horizontal en viviendas aisladas de la provincia de Curicó

126 p.La memoria desarrollada a continuación presenta los antecedentes teóricos, normativos, métodos de cálculo y guía para diseñar la implementación de un sistema de climatización geotérmica de captación horizontal en la Provincia de Curicó. La climatización mediante energía geotérmica consiste en captar la energía térmica proveniente del subsuelo más próximo mediante un intercambiador enterrado en el cual circula un fluido con anticongelante, el cual cumple la función de traspasar el calor según la estación en que se encuentre, en invierno se necesita calefaccionar por lo que se extrae el calor del subsuelo y se transfiere al interior de la vivienda y en verano cuando se requiere refrigerar se extrae el calor de la vivienda y se inyecta en el terreno. Logrando con ello y una buena aislación térmica de la vivienda una sensación de bienestar térmico, de humedad y aire en el interior de la vivienda. El desarrollo de la memoria en una primera instancia se enfoca a conocer el sistema de climatización, sus diversas formas, su realidad como fuente de climatización y los principales usos que se le da. Luego se da a conocer la normativa que rige el diseño del sistema y las consideraciones que se deben tener en cuenta al momento de diseñar.Se realizó un estudio de los principales métodos con que los hogares de la región del Maule, perteneciente a la zona 4 de la Reglamentación Térmica, calefaccionan sus hogares para realizar una comparación entre estos y con ello barajar la mejor opción como solución a las necesidades de calefacción, comparandola con los resultados que podrían generarse al implementar el uso de la bomba geotérmica en climatización. Una vez realizado el diseño se incluirá un presupuesto tentativo para los materiales y mano de obra necesarios para llevar a cabo la implantación del sistema de climatización geotérmica hasta la bomba de calor

Mejora de la eficiencia hidráulica en redes de abastecimiento de agua potable, mediante criterios de sectorización

112 p.Cada día que pasa las aguas naturales se ven afectadas por los cambios climáticos, obligando a que se tomen medidas para mejorar la eficiencia hidráulica y así reducir el gasto innecesario de agua, ya que es un recurso escaso. Uno de los puntales más importantes para mejorar la eficiencia del agua es reduciendo las pérdidas que se generan por fugas en las redes de distribución de agua potable mediante un nueva técnica que permite reducir las pérdidas de un 50 % a un 15 % con respecto del agua entregada al sistema. Esta técnica consiste en dividir la red en subredes mediante válvulas que regulan la presión de entrada y salida. El propósito de esta memoria es aplicar la técnica antes mencionada a la red de abastecimiento de agua potable de la cuidad de Curicó, específicamente a la red que abastece el estanque ubicado en Camino los Vidales Esquina Antigua 5-sur, también llamado “Estanque El Romeral”. Para realizar las simulaciones se utilizará una red dibuja en el programa EPANET, el cual es proporcionada por la empresa AGUA NUEVO SUR encargada de la producción y distribución de agua potable de la cuidad de Curicó. La sectorización definitiva no se puede conseguir atendiendo a un único criterio, debido a esto es que se presentaran 2 propuestas para analizar cual se adapta mejor a las condiciones actuales que presenta la red abastecida por el estanque “El Romeral”. Los criterios que se utilizaran en el proyecto son geográficos y de materialidad. Para realizar las propuestas de sectorización se utilizará el software RapidMiner Studio el cual es utilizado para analizar y explorar datos. En cada propuesta se utilizaran válvulas reductoras de presión (VRP), ya que el propósito es reducir las pérdidas por fugas provocadas principalmente por la presencia de sobrepresión presentes en la red y así homogenizar las presiones. Finalmente se realizará la simulación de cada propuesta en EPANET, con las válvulas colocadas en los lugares propuestos por el programa RapidMiner Studio y posteriormente presentar y analizar los datos obtenidos

Propuesta para una gestión eficiente y sostenible de los recursos hídricos disponibles en el Campus de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Talca

130 p.El agua es el principal elemento de la vida vegetal y animal, por lo tanto sin este medio sería imposible desarrollar la vida que conocemos actualmente. Este vital recurso, no solo juega un papel fundamental en las condiciones climáticas y biodiversidad locales, sino que también es un componente esencial en las economías y es necesaria para crear y mantener los puestos de trabajo en todos los sectores productivos. Dada la importancia del recurso, este se enfrenta a una continua y creciente demanda producida por el sostenido crecimiento económico, junto a los cambios climáticos y la variabilidad natural de estos recursos. Por lo que alcanzar una seguridad hídrica constituye un problema fundamental de desarrollo de cara al futuro. Una seguridad de abastecimiento se puede concretar generando un plan de acción que contemple una gestión eficiente y sostenible de los recursos hídricos, centrada en el uso de tecnología eficiente, eliminación de pérdidas, y la utilización de técnicas más amigables para enfrentar el consumo. Por lo tanto basado en los puntos expuestos anteriormente, la presente memoria busca generar una propuesta que contemple una gestión eficiente y sostenible de los recursos hídricos disponibles en el campus de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Talca. Con el fin de entender la dinámica en torno a la tecnología actual, instalaciones disponibles y consumo realizado, en todos los edificios y áreas verdes pertenecientes a la Facultad de Ingeniería, se debió realizar un levantamiento detallado de información. Acción necesaria para poder obtener parámetros básicos con los cuales comparar las estimaciones realizadas por las propuestas y así adoptar o desechar estas, generando análisis y conclusiones lógicas acorde al objetivo de el presente documento. En respuesta a los puntos fundamentales para generar un abastecimiento sostenible en el tiempo, la propuesta contempla una adaptación e implementación de nuevas tecnologías que maximicen la eficiencia de consumo tanto en edificaciones como en áreas verdes, junto a esta medida se genera el diseño de un sistema de reutilización de aguas lluvia utilizando como área de captación la cubierta de los edificios con los que cuenta la casa de estudios generando una nueva técnica para enfrentar el consumo realizado por la Facultad de Ingeniería

The Efficiency of Setting Parameters in a Modified Shuffled Frog Leaping Algorithm Applied to Optimizing Water Distribution Networks

This paper presents a modified Shuffled Frog Leaping Algorithm (SFLA) applied to the design of water distribution networks. Generally, one of the major disadvantages of the traditional SFLA is the high number of parameters that need to be calibrated for proper operation of the algorithm. A method for calibrating these parameters is presented and applied to the design of three benchmark medium-sized networks widely known in the literature (Hanoi, New York Tunnel, and GoYang). For each of the problems, over 35,000 simulations were conducted. Then, a statistical analysis was performed, and the relative importance of each of the parameters was analyzed to achieve the best possible configuration of the modified SFLA. The main conclusion from this study is that not all of the original SFL algorithm parameters are important. Thus, the fraction of frogs in the memeplex q can be eliminated, while the other parameters (number of evolutionary steps Ns, number of memeplexes m, and number of frogs n) may be set to constant values that run optimally for all medium-sized networks. Furthermore, the modified acceleration parameter C becomes the key parameter in the calibration process, vastly improving the results provided by the original SFLA.This work was supported by the Program Initiation into research (Project 11140128) of the Comision Nacional de Investigacion Cientifica y Tecnologica (Conicyt), Chile. This work was also supported by the project DPI2009-13674 (OPERAGUA) of the Direccion General de Investigacion y Gestion del Plan Nacional de I + D + I del Ministerio de Ciencia e Innovacion, Spain.Mora Meliá, D.; Iglesias Rey, PL.; Martínez-Solano, FJ.; Muñoz-Velasco, P. (2016). The Efficiency of Setting Parameters in a Modified Shuffled Frog Leaping Algorithm Applied to Optimizing Water Distribution Networks. Water. 2016(8). https://doi.org/10.3390/w8050182S20168Alperovits, E., & Shamir, U. (1977). Design of optimal water distribution systems. Water Resources Research, 13(6), 885-900. doi:10.1029/wr013i006p00885Fujiwara, O., & Khang, D. B. (1990). A two-phase decomposition method for optimal design of looped water distribution networks. Water Resources Research, 26(4), 539-549. doi:10.1029/wr026i004p00539Su, Y., Mays, L. W., Duan, N., & Lansey, K. E. (1987). Reliability‐Based Optimization Model for Water Distribution Systems. Journal of Hydraulic Engineering, 113(12), 1539-1556. doi:10.1061/(asce)0733-9429(1987)113:12(1539)Chung, G., & Lansey, K. (2008). Application of the Shuffled Frog Leaping Algorithm for the Optimization of a General Large-Scale Water Supply System. Water Resources Management, 23(4), 797-823. doi:10.1007/s11269-008-9300-6Lansey, K. E., & Mays, L. W. (1989). Optimization Model for Water Distribution System Design. Journal of Hydraulic Engineering, 115(10), 1401-1418. doi:10.1061/(asce)0733-9429(1989)115:10(1401)Martínez-Solano, J., Iglesias-Rey, P. L., Pérez-García, R., & López-Jiménez, P. A. (2008). Hydraulic Analysis of Peak Demand in Looped Water Distribution Networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 134(6), 504-510. doi:10.1061/(asce)0733-9496(2008)134:6(504)Artita, K. S., Kaini, P., & Nicklow, J. W. (2013). Examining the Possibilities: Generating Alternative Watershed-Scale BMP Designs with Evolutionary Algorithms. Water Resources Management, 27(11), 3849-3863. doi:10.1007/s11269-013-0375-3Iglesias-Rey, P. L., Martínez-Solano, F. J., Meliá, D. M., & Martínez-Solano, P. D. (2014). BBLAWN: A Combined Use of Best Management Practices and an Optimization Model Based on a Pseudo-Genetic Algorithm. Procedia Engineering, 89, 29-36. doi:10.1016/j.proeng.2014.11.156Cheng, C.-T., Feng, Z.-K., Niu, W.-J., & Liao, S.-L. (2015). Heuristic Methods for Reservoir Monthly Inflow Forecasting: A Case Study of Xinfengjiang Reservoir in Pearl River, China. Water, 7(12), 4477-4495. doi:10.3390/w7084477Huang, Y.-C., Lin, C.-C., & Yeh, H.-D. (2015). An Optimization Approach to Leak Detection in Pipe Networks Using Simulated Annealing. Water Resources Management, 29(11), 4185-4201. doi:10.1007/s11269-015-1053-4Casillas, M., Garza-Castañón, L., & Puig, V. (2015). Optimal Sensor Placement for Leak Location in Water Distribution Networks using Evolutionary Algorithms. Water, 7(11), 6496-6515. doi:10.3390/w7116496Geem, Z. (2015). Multiobjective Optimization of Water Distribution Networks Using Fuzzy Theory and Harmony Search. Water, 7(12), 3613-3625. doi:10.3390/w7073613Louati, M. H., Benabdallah, S., Lebdi, F., & Milutin, D. (2011). Application of a Genetic Algorithm for the Optimization of a Complex Reservoir System in Tunisia. Water Resources Management, 25(10), 2387-2404. doi:10.1007/s11269-011-9814-1SAVIC, D. A., & WALTERS, G. A. (1995). AN EVOLUTION PROGRAM FOR OPTIMAL PRESSURE REGULATION IN WATER DISTRIBUTION NETWORKS. Engineering Optimization, 24(3), 197-219. doi:10.1080/03052159508941190Nazif, S., Karamouz, M., Tabesh, M., & Moridi, A. (2009). Pressure Management Model for Urban Water Distribution Networks. Water Resources Management, 24(3), 437-458. doi:10.1007/s11269-009-9454-xCozzolino, L., Cimorelli, L., Covelli, C., Mucherino, C., & Pianese, D. (2015). An Innovative Approach for Drainage Network Sizing. Water, 7(12), 546-567. doi:10.3390/w7020546Iglesias, P. (2007). STUDY OF SENSITIVITY OF THE PARAMETERS OF A GENETIC ALGORITHM FOR DESIGN OF WATER DISTRIBUTION NETWORKS. Journal of Urban and Environmental Engineering, 1(2), 61-69. doi:10.4090/juee.2007.v1n2.061069Reca, J., & Martínez, J. (2006). Genetic algorithms for the design of looped irrigation water distribution networks. Water Resources Research, 42(5). doi:10.1029/2005wr004383Mora-Melia, D., Iglesias-Rey, P. L., Martinez-Solano, F. J., & Fuertes-Miquel, V. S. (2013). Design of Water Distribution Networks using a Pseudo-Genetic Algorithm and Sensitivity of Genetic Operators. Water Resources Management, 27(12), 4149-4162. doi:10.1007/s11269-013-0400-6Geem, Z. W. (2006). Optimal cost design of water distribution networks using harmony search. Engineering Optimization, 38(3), 259-277. doi:10.1080/03052150500467430Duan, Q. Y., Gupta, V. K., & Sorooshian, S. (1993). Shuffled complex evolution approach for effective and efficient global minimization. Journal of Optimization Theory and Applications, 76(3), 501-521. doi:10.1007/bf00939380Eusuff, M. M., & Lansey, K. E. (2003). Optimization of Water Distribution Network Design Using the Shuffled Frog Leaping Algorithm. Journal of Water Resources Planning and Management, 129(3), 210-225. doi:10.1061/(asce)0733-9496(2003)129:3(210)Montalvo, I., Izquierdo, J., Pérez, R., & Iglesias, P. L. (2008). A diversity-enriched variant of discrete PSO applied to the design of water distribution networks. Engineering Optimization, 40(7), 655-668. doi:10.1080/03052150802010607Marchi, A., Dandy, G., Wilkins, A., & Rohrlach, H. (2014). Methodology for Comparing Evolutionary Algorithms for Optimization of Water Distribution Systems. Journal of Water Resources Planning and Management, 140(1), 22-31. doi:10.1061/(asce)wr.1943-5452.0000321Mora-Melia, D., Iglesias-Rey, P. L., Martinez-Solano, F. J., & Ballesteros-Pérez, P. (2015). Efficiency of Evolutionary Algorithms in Water Network Pipe Sizing. Water Resources Management, 29(13), 4817-4831. doi:10.1007/s11269-015-1092-xElbeltagi, E., Hegazy, T., & Grierson, D. (2007). A modified shuffled frog-leaping optimization algorithm: applications to project management. Structure and Infrastructure Engineering, 3(1), 53-60. doi:10.1080/15732470500254535Elbeltagi, E., Hegazy, T., & Grierson, D. (2005). Comparison among five evolutionary-based optimization algorithms. Advanced Engineering Informatics, 19(1), 43-53. doi:10.1016/j.aei.2005.01.004Wang, Q., Guidolin, M., Savic, D., & Kapelan, Z. (2015). Two-Objective Design of Benchmark Problems of a Water Distribution System via MOEAs: Towards the Best-Known Approximation of the True Pareto Front. Journal of Water Resources Planning and Management, 141(3), 04014060. doi:10.1061/(asce)wr.1943-5452.0000460Eiben, A. E., Hinterding, R., & Michalewicz, Z. (1999). Parameter control in evolutionary algorithms. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 3(2), 124-141. doi:10.1109/4235.771166Geem, Z. W., & Cho, Y.-H. (2011). Optimal Design of Water Distribution Networks Using Parameter-Setting-Free Harmony Search for Two Major Parameters. Journal of Water Resources Planning and Management, 137(4), 377-380. doi:10.1061/(asce)wr.1943-5452.0000130McClymont, K., Keedwell, E., & Savic, D. (2015). An analysis of the interface between evolutionary algorithm operators and problem features for water resources problems. A case study in water distribution network design. Environmental Modelling & Software, 69, 414-424. doi:10.1016/j.envsoft.2014.12.023Morgan, D. R., & Goulter, I. C. (1985). Optimal urban water distribution design. Water Resources Research, 21(5), 642-652. doi:10.1029/wr021i005p00642Savic, D. A., & Walters, G. A. (1997). Genetic Algorithms for Least-Cost Design of Water Distribution Networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 123(2), 67-77. doi:10.1061/(asce)0733-9496(1997)123:2(67

Human resource allocation to multiple projects based on members’ expertise, group heterogeneity, and social cohesion

Project managers regularly allocate human resources to construction projects. This critical task is usually executed by fulfilling the minimum project staffing requirements, normally based around the quantity and competence of project members. However, research has shown that team performance can increase by up to 10% and 18%, respectively, as a consequence of the group members’ heterogeneity and social cohesion. There is currently no practical quantitative tool that incorporates these aspects, allowing project managers to achieve this task efficiently and objectively. A new quantitative model for the effective allocation of human resources to multiple projects, which takes group heterogeneity and social cohesion into account, is proposed. This model is easy to build, update, and use in real project environments with the use of a spreadsheet and a basic optimization engine (e.g., Excel Solver). A case study is proposed and solved with a genetic algorithm to illustrate the implementation of the model. Finally, a validation example is provided to exemplify how group heterogeneity and social cohesion condition academic achievement in an academic setting

Structural resistance of reinforced concrete buildings in areas of moderate seismicity and assessment of strategies for structural improvement

© 2017 by the authors. Moderate magnitude seismic events have occurred during the last decade in non-seismic areas and have highlighted that many existing buildings do not sufficiently resist these types of events. The objective of this work is to illustrate that most buildings dating from 2002-2010 constructed from wide beams, which were designed to previous earthquake resistance codes, do not offer a satisfactory seismic behaviour, and to identify which structural attributes can best help alleviate this problem. In this work the effect of a real earthquake of medium magnitude (Lorca, 2011) on buildings of three, five and eight stories with unidirectional frames of wide-beam concrete was assessed. The methodology included non-linear static (pushover) analyses and dynamic response simulations with the aim to understand the effect on the seismic performance of changing some of the geometrical and material parameters. Maximum displacements and capacity curves for the top floor of a set of representative buildings were evaluated and compared. In particular, capacity curves obtained from non-linear static (pushover) analysis are compared for different building configurations, as well as the maximum displacements obtained through non-linear dynamic analysis. This paper highlights the seismic vulnerability of buildings constructed between 2002 and 2010 and the results indicate that a higher density of infill walls (walls whose bricks are not part of the main structure) is the feature that most significantly improves the seismic behaviour of the structures analysed. Moreover, counterintuitively, incorporating stronger concrete and reinforcing steel and using alternative column arrangements only have a small positive effect on the seismic behaviour of these types of buildings

Explaining the Bayes' theorem graphically

The Bayes’ theorem on conditional probabilities is normally presented to students in introductory courses/modules on Statistics and Probability. This because most STEM students will make use of conditional probabilities in their professional lives with or without noticing. However, maybe because of the unfamiliar notation or because of the variety of ways in which this theorem can be formulated, most students have trouble understanding it. Moreover, when it comes to practical applications and problem exercises, most students (who have generally memorised its manifold ways of rearranging the conditional probabilities formula along with a few applications) struggle even more to come up with correct solutions. By means of a completely graphical approach, this paper presents an alternative way of explaining the Bayes’ theorem to STEM students. By means of diagrams and schematics the students can see the conditional probabilities represented as areas in a square. Simple geometric operations with these areas (additions and multiplications mostly) allow them, not just to understand this theorem far quicker, but to apply it confidently in almost any possible problem configuration. Overall, this paper offers an alternative or complementary way of explaining this important theorem more clearly to students that take probability courses by conveying it graphically instead of with the traditional mathematical formulae. Through a representative case study, this paper deals provides first-hand evidence about how confusing to understand the Bayes’ theorem might be at first even in simple problems, and how the understanding of this theorem is dramatically improved when presenting it graphically

Be prepared for your next 30-second T&L conversation

Many relevant bits of our social and professional interactions happen within a few seconds after starting conversations with someone else. Additionally, within the academia, lecturers are frequently exposed to student’s complaints or alternative points of view which may challenge the way Teaching and Learning (T&L) is being managed. However, students may not speak up when they are asked for feedback, but in out-of-context situations instead. At that moment, the (unprepared) lecturer needs to come up with a good answer. No postponement is allowed and, generally, this lecturer will just have around 30 seconds to go over his/her major points in a clear and comprehensible manner. This paper reviews the reasons why some innovative teaching methods generally cause some level of discomfort among the students. Examples about the usual complaints that they raise are also analysed. Finally, a series of short dialogues involving both peers and students as locutors and exemplifying how these conversations generally evolve are included. By means of these short dialogues the reader can better prepare him/herself for key T&L-related difficult conversations. Anticipating these conversations is relevant because they involve delicate issues about the way the instructor approaches innovative teaching and how the students perceive them. Therefore, this paper provides reflections and additional tools for new lecturers who try to implement T&L innovations and that have to deal with some opposition among the students

Pavimentos permeables, como estrategia para el control de escorrentias de la ciudad de Curicó

88 p.Con la expansión territorial que sufren las ciudades, varias de las áreas permeables han sido reemplazadas con superficies impermeables, que solo nos colaboran con el transporte de la escorrentia, además Chile es un país propenso a verse afectado por el cambio climático, debido a; sus bordes costeros, zonas áridas, semiáridas y bosques. Lo cual ocasiona grandes siclos de lluvia, provocando inundaciones en las zonas urbanas. Como una solución para el control de las inundaciones, nacen los “Sistemas urbanos de drenaje sostenible” (SUDS). Dichos sistemas ayudan a restaurar el ciclo hidrológico natural del agua, permitiendo controlar la cantidad y la calidad de la escorrentia. Dentro de los SUDS, se encuentran los pavimentos permeables, capaces de captar la escorrentia almacenarla e infiltrarla hacia el suelo. La presente memoria de titulación busca analizar la eficacia de instalar distintos exponentes de pavimentos permeables en puntos críticos de la ciudad de Curicó. Para dicho estudio se ocuparán dos pavimentos permeables con distintas características (PP_1 Y PP_2), los cuales serán implementados en las calles de los puntos seleccionados y se harán simulaciones utilizando el 0%, 20%, 40%, 60%, 80%y 100% del área disponible para pavimentos, los cuales serán puestos a prueba con tres siclos de lluvias de 24 horas distintos. Al finalizar se encuentran los resultados de escorrentia superficial obtenida, para cada modelo aplicado de pavimentos permeables, en los porcentajes señalados anteriormente, además se muestra de manera gráfica si ocurre o no inundación. Estos resultados buscan motivar a las empresas constructoras a la utilización de pavimentos permeables en nuevas obras, al igual que otros tipos de SUDS

Combining Skeletonization, Setpoint Curves, and Heuristic Algorithms to Define District Metering Areas in the Battle of Water Networks District Metering Areas

[EN] The problem presented in this edition of the Battle of the Water Networks is to define district metering areas (DMAs) in a large network. The problem is addressed in two phases. First, the complexity of the network is simplified by dividing it into three operational areas. Second, an optimization algorithm defines DMAs, looking for the best feasible solution. A preliminary simulation of the network is made. From this, engineering judgment allows for defining an initial set of elements suitable to change. In the second stage, a heuristic algorithm is used to search for the best DMA definition by selecting the locations and settings of the pressure-reducing valves and isolation valves. The network is then divided into two categories: the main pipes and the distribution pipes. Only the distribution pipes can be closed. With these restrictions and those described in the problem, the algorithm looks for the best DMA definition based on both the pressure and demand distribution among all the DMAs.This work was supported by the Program Fondecyt Regular (Project 1180660) of the Comision Nacional de Investigacion Cientifica y Tecnologica (Conicyt), Chile.Martínez-Solano, FJ.; Iglesias Rey, PL.; Mora Melia, D.; Ribelles-Aguilar, J. (2018). Combining Skeletonization, Setpoint Curves, and Heuristic Algorithms to Define District Metering Areas in the Battle of Water Networks District Metering Areas. Journal of Water Resources Planning and Management. 144(6):04018023-1-04018023-7. https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000938S04018023-104018023-7144