La masiva implementación de recursos energéticos distribuidos y renovables es la tendencia actual para incrementar la eficiencia, sostenibilidad y fiabilidad del suministro energético y la independencia de fuentes externas. La biomasa es un recurso renovable, distribuido y abundante en España, aunque en la actualidad su uso con fines energéticos es muy limitado y poco competitivo frente a otras fuentes de energía renovable. La implementación masiva de aplicaciones de biomasa para generación de calor, electricidad y/o cogeneración requiere optimizar técnica, económica y ambientalmente su proceso de aprovechamiento. El objetivo principal de la tesis es definir una metodología de optimización del aprovechamiento energético de la biomasa en un ámbito geográfico determinado y aplicarla a la Comunidad Valenciana. Para ello, en primer lugar, se ha revisado el estado del arte de la biomasa como recurso energético y de metodologías anteriores que resolvían aspectos parciales del estudio de viabilidad de aprovechamiento energético de la biomasa. En segundo lugar se ha desarrollado una metodología, estructurada en distintos módulos, que evalúa los recursos de biomasa, cuantifica y optimiza las distancias y costes de transporte, los potenciales consumidores y caracteriza las tecnologías de aprovechamiento. Todos los módulos confluyen en un módulo de optimización y evaluación de escenarios que permite comparar distintas alternativas energéticas desde un punto de vista económico y ambiental. La metodología se ha aplicado a la Comunidad Valenciana y se ha estudiado la viabilidad de distintas aplicaciones bioenergéticas para cada comarca de la misma. El potencial energético de la biomasa residual, principalmente, agrícola y forestal asciende a casi un millón de toneladas y equivale a 260.000 toneladas equivalentes de petróleo. En la mayoría de los casos el contenido en ceniza es bajo y permite tanto aplicaciones de generación de electricidad ó cogeneración, como producción de pellets para calderas. En función de la tecnología, la potencia eléctrica instalable sería entre 85 y 145 MW, lo que equivale al 1 - 1,5% de la potencia eléctrica total instalada en la Comunidad Valenciana, y es 15 veces más que la potencia con biomasa que había instalada en 2011 (8,9 MW según datos de AVEN, Agencia Valenciana de la Energía}. La viabilidad económica de las planta de biomasa fue aceptable en la mayoría de los casos, con periodos de retorno del capital inferiores a los 10 años, especialmente en plantas de cogeneración y plantas de producción de pellets. Dicha viabilidad económica es debida, en gran medida, a la estructura logística con transporte subcontratado y previa compactación (que se mostró como la mejor alternativa en cualquier caso}, y al hecho de que las plantas tenían un tamaño razonable con cantidades de biomasa gestionada en el rango 10.000 - 80.000 t/año. El balance de emisiones de C02 fue favorable en todos los casos siendo, de nuevo, la producción de pellets y la cogeneración las aplicaciones con mejor balance, ya que el ahorro de emisiones fue entre 3 y 5 veces mayor que el correspondiente a plantas de generación de electricidad. La estructura logística óptima a nivel económico fue también la que proporcionó menores emisiones asociadas al transporte. / Alfonso Solar, D. (2013). Metodología para la Optimización del Aprovechamiento Energético de los Recursos de Biomasa. Aplicación a la Comunidad Valenciana [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31636

El uso de pesticidas en la agricultura es todavía imprescindible para conseguir un control adecuado de las plagas. Con el fin de disminuir y controlar los riesgos que conlleva su aplicación existe una elevada presión social que promueve el desarrollo de acciones destinadas a minimizar el impacto de los pesticidas sobre el medioambiente. Una forma de conseguirlo es racionalizar la aplicación de los pesticidas, adecuando la cantidad de producto empleada a las necesidades reales y las condiciones particulares de la aplicación a realizar (plaga que se trata de controlar, maquinaria y productos empleados y vegetación sobre la que se aplica). Sin embargo, en la actualidad se utiliza una gran cantidad de producto con el objetivo de asegurar su resultado, sin tener en cuenta que a menudo se generan excesos innecesarios que acaban contaminando el medio ambiente y reduce el beneficio económico. Para poder ajustar racionalmente la cantidad de producto que debe aplicarse en un tratamiento, es necesario estudiar las relaciones existentes entre la cantidad de materia activa depositada, la forma en que se deposita y cómo ésta afecta al control de la plaga, evaluando las posibles diferencias de sensibilidad entre los estadios de desarrollo de la misma. Esta tesis ha servido para desarrollar de manera científica estas relaciones, utilizando como ejemplo el control del piojo rojo de California, Aonidiella aurantii Maskell (Hemiptera: Diaspididae) en sus distintas fases de desarrollo, ya que es una plaga de gran importancia en el cultivo de los cítricos. A lo largo de la misma se han utilizado los dos tipos de productos que más se emplean contra esta plaga, producidos a base de organofosforados y de aceites minerales. Como consecuencia de los modelos de respuesta que se han establecido en la tesis, se deducen los depósitos mínimos que se deben alcanzar sobre el material vegetal para obtener la máxima eficacia sobre cada estadio de desarrollo del insecto. Así, contra las fases jóvenes es necesario un depósito mínimo de caldo de 1.01 µl/cm2 con insecticidas organofosforados y de 3.41-4.72 µl/cm2 en el caso de los aceites minerales, mientras que para fases adultas estos depósitos aumentan hasta valores de alrededor de 4.72 µl/cm2 en todos los casos. A continuación se han validado en condiciones de campo los modelos de respuesta de los insecticidas. Para ello se han diseñado unos tratamientos en función del modelo de respuesta, el tamaño de la copa y la densidad foliar de la vegetación, y se ha comparado su eficacia respecto a tratamientos convencionales basados en volúmenes cercanos al punto de goteo. A pesar de haber obtenido menores recubrimientos con los tratamientos diseñados (60-70% frente al 90% con los tratamientos convencionales), no se han encontrado diferencias de eficacia estadísticamente significativas y se ha ahorrado alrededor de un 40% de producto fitosanitario. La tesis también demuestra que, una vez alcanzado un determinado umbral (diferente para cada estadio de la plaga), la generación de mayor recubrimiento no conduce a una mayor eficacia, poniendo de manifiesto que la cantidad de insecticida organofosforado o aceite mineral empleada puede ser reducida mediante la optimización del volumen de aplicación, basándose en el volumen de vegetación al que se dirige el tratamiento. Por último, la tesis propone y valida un método para estimar la calidad de un tratamiento, basado en los depósitos conseguidos sobre papel hidrosensible tras la aplicación. Para ello utiliza los datos de recubrimiento observados y los relaciona con la eficacia esperada. / Garcerá Figueroa, MDLC. (2013). Racionalización de las aplicaciones de productos fitosanitarios para el control de Aonidiella aurantii Maskell (Hemiptera: Diaspididae) en cítiricos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31666

[ES] La Biología de Sistemas es un campo de la investigación en el que confluyen varias disciplinas de conocimiento como la Física, Matemática, Química y Biología, donde las interacciones de los elementos internos de un microorganismo y el medio ambiente influyen en el desarrollo de procesos que se representan mediante un modelo matemático. Este enfoque permite comprender el funcionamiento de los sistemas biológicos y profundizar en el entendimiento de cómo sus interacciones conllevan a la aparición de nuevas propiedades y procesos. En el estudio de los procesos biológicos, se realiza la confirmación o refutación de una teoría que se confronta con resultados experimentales. La Biología de Sistemas utiliza una hipótesis basada en el estudio de los procesos mediante una modelización matemática de los mismos. Uno de los elementos principales de análisis en Biología de Sistemas es la reconstrucción de modelos metabólicos determinante a la hora de poder modificar el funcionamiento de un organismo determinado. Este trabajo se aborda la automatización de esta actividad, así como los fundamentos esenciales de la Herramienta COPABI, como paso fundamental para una buena reconstrucción antes de aplicar diferentes métodos de optimización a un modelo metabólico a escala genómica. Esta investigación se basa en métodos no tradicionales que permiten ofrecer mejoras en los resultados de las simulaciones, con un mejor acercamiento a la realidad en el contexto de la ingeniería metabólica. Presentando PyNetMet, una librería de Python, como herramienta para trabajar con redes y modelos metabólicos. Con el fin de ilustrar las características más importantes y algunos de sus usos, se muestran resultados de la herramienta como el cálculo de la agrupación media de las redes que representan a cada uno de los modelos metabólicos, el número de metabolitos desconectados en cada modelo y la distancia media entre dos metabolitos cualesquiera de la red. Analizar los modelos metabólicos partiendo de la optimización monobjetivo no siempre se acerca todo lo deseado a la realidad, puesto que uno o más objetivos pueden entrar en conflicto porque tienen como denominador común la necesidad de elegir entre diferentes alternativas que han de evaluarse en base a diversos criterios. Para ello, se presentó un algoritmo de optimización multiobjetivo basado en algoritmos evolutivos que consiste en una adaptación del algoritmo sp-MODE implementado en la herramienta bioinformática BioMOE, que considera de manera simultánea la optimización de dos o más objetivos, a menudo en conflicto, dando como soluciones diferentes distribuciones de flujo en la que una no es mejor que la otra. En el área de la comparación de modelos metabólicos se muestra una herramienta bioinformática llamada CompNet, basada en conceptos de teoría de grafos como las Redes de Petri, para poder establecer una comparación entre modelos metabólicos, determinando qué cambios serían necesarios para modificar determinadas funciones en uno de los modelos con respecto al otro, a través de la métrica Distancia de Edición. Mediante las métricas de Baláž y Bunke se muestra el grado de semejanza que existe entre dos modelos mediante un valor cuantitativo que indica las semejanzas y diferencias ellos. / [EN] Systems Biology is a field of research in which several disciplines of knowledge converge such as Physics, Mathematics, Chemistry and Biology, where the interactions of the internal elements of a microorganism and the environment influence the development of processes that are represented by a mathematical model. This approach allows us to understand how biological systems work and to deepen our understanding of how their interactions lead to the emergence of new properties and processes. In the study of biological processes, the confirmation or refutation of a theory that is confronted with experimental results is performed. Systems Biology uses a hypothesis based on the study of processes by means of a mathematical modeling of them. One of the main elements of analysis in Systems Biology is the reconstruction of metabolic models, which is decisive when it comes to modifying the functioning of a given organism. This work addresses the automation of this activity, as well as the essential fundamentals of the COPABI Tool, as a fundamental step for a good reconstruction before applying different optimization methods to a metabolic model at genomic scale. This research is based on non-traditional methods that allow us to offer improvements in simulation results, with a better approach to reality in the context of metabolic engineering. Introducing PyNetMet, a Python library, as a tool for working with metabolic networks and models. In order to illustrate the most important characteristics and some of its uses, results of the tool are shown, such as the calculation of the mean grouping of the networks representing each of the metabolic models, the number of metabolites disconnected in each model and the mean distance between any two metabolites in the network. Analyzing metabolic models on the basis of monobjective optimization does not always bring the desired closer to reality, since one or more objectives may come into conflict because their common denominator is the need to choose between different alternatives to be evaluated on the basis of different criteria. To this end, a multi-target optimization algorithm based on evolutionary algorithms was presented, consisting of an adaptation of the sp-MODE algorithm implemented in the bioinformatics tool BioMOE, which simultaneously considers the optimization of two or more objectives, often in conflict, giving as solutions different flow distributions in which one is not better than the other. In the area of the comparison of metabolic models, a bioinformatics tool called Network-Compare is shown, based on concepts of graph theory such as Petri dishes, in order to establish a comparison between metabolic models, determining what changes would be necessary to modify certain functions in one of the models with respect to the other, through the Editing Distance metric. By means of the Baláž and Bunke metrics, the degree of similarity between two models is shown by means of a quantitative value that indicates the similarities and differences between them. / [CA] La Biologia de Sistemes és un camp de la recerca en què conflueixen diverses disciplines de coneixement com la Física, Matemàtica, Química i Biologia, on les interaccions dels elements interns d'un microorganisme i el medi ambient influeixen en el desenvolupament de processos que es representen mitjançant un model matemàtic. Aquesta perspectiva permet entendre el funcionament dels sistemes biològics i aprofundir en la comprensió de com les seves interaccions generen noves propietats i processos. En l'estudi dels processos biològics, es realitza la confirmació o refutació d'una teoria que es confronta amb resultats experimentals. La Biologia de Sistemes utilitza una hipòtesi basada en l'estudi dels processos mitjançant una modelització matemàtica dels mateixos. Un dels elements principals d'anàlisi en Biologia de Sistemes és la reconstrucció de models metabòlics determinants a l'hora de poder modificar el funcionament d'un organisme determinat. En aquest treball s'aborda l'automatització d'aquesta activitat, així com els fonaments essencials de l'Eina COPABI, com a pas fonamental per a una bona reconstrucció abans d'aplicar diferents mètodes d'optimització a un model metabòlic a escala genòmica. Aquesta investigació es basa en mètodes no tradicionals que permeten oferir millores en els resultats de les simulacions, amb una millor aproximació a la realitat en el context de l'enginyeria metabòlica. Es presenta PyNetMet, una llibreria de Python, com a eina per treballar amb xarxes i models metabòlics. Per tal d'il¿lustrar les característiques més importants i alguns dels seus usos, es mostren resultats de l'eina com el càlcul de l'agrupació mitjana de les xarxes que representen a cada un dels models metabòlics, el nombre de metabòlits desconnectats en cada model i la distància mitjana entre dos metabòlits qualssevol de la xarxa. Analitzar els models metabòlics partint de l'optimització mono-objectiu no sempre s'acosta tot el desitjat a la realitat, ja que un o més objectius poden entrar en conflicte perquè tenen com a denominador comú la necessitat de triar entre diferents alternatives que han d'avaluar-se sobre la base de diversos criteris. Per a això, es va presentar un algoritme d'optimització multi-objectiu basat en algoritmes evolutius que consisteix en una adaptació de l'algoritme sp-MODE implementat en l'eina bioinformàtica BioMOE, que considera de manera simultània l'optimització de dos o més objectius, sovint en conflicte, donant com solucions diferents distribucions de flux en la qual una no és millor que l'altra. En l'àrea de la comparació de models metabòlics es mostra una eina bioinformàtica anomenada CompNet, basada en conceptes de teoria de grafs com les Xarxes de Petri, per poder establir una comparació entre models metabòlics, determinant quins canvis serien necessaris per a modificar determinades funcions en un dels models respecte a l'altre, a través de la mètrica Distància d'Edició. Mitjançant les mètriques de Balaz i Bunke es mostra el grau de semblança que hi ha entre dos models a través d'un valor quantitatiu que indica les semblances i diferències entre ells. / Jaime Infante, RA. (2020). Desarrollo de métodos de simulación aplicados a la optimización de funciones objetivo biológicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147112

Ingeniero Civil de Minas / En el último tiempo, el precio del cobre se ha estado transando con una tendencia sostenida a la baja, lo que ha conllevado implementar un conjunto de medidas a nivel nacional e internacional, para lograr una reducción de costos e incrementos en la productividad de los procesos. Actualmente, los sistemas de asignación dinámica como Jigsaw o Modular no se encargan del reabastecimiento de combustible, el cual es llevado a cabo de manera manual, y este es realizado cuando el equipo notifica que está cercano a la reserva. Por otra parte, estos softwares una vez asignado a descarga el material, no analiza las características de la carga que se transporta en cada camión, por lo que este proceso consiste en que el primero en llegar es el que realiza la actividad. Este trabajo se centró en recuperar tiempos perdidos de los camiones de extracción en las operaciones a cielo abierto de la gran minería, para mejorar el proceso productivo. Esto se logra mediante la implementación de modelos de redes neuronales, usados para la predicción de información, y modelos de optimización, los cuales usarán lo predicho para mejorar el transporte, en los procesos de chancado y abastecimiento de combustible. Para el caso de estudio se tomó una base de datos de 6 meses, contados a partir de febrero del 2015, de una faena donde el movimiento de material es de aproximadamente 450 KTPD y cuenta con una flota efectiva de 54 CAEX. En cuanto al proceso de optimización de chancado, se logró que mediante una red neuronal se predijera el tiempo de proceso de cada carga y luego, se reorganizara el sistema de descarga teniendo en consideración este nuevo parámetro. Considerando un circuito de 5 km de distancia y con una flota 11 CAEX, se consiguió incrementar la utilización de los equipos de transporte en un 1,9% y el tonelaje procesado en un 2,4% en promedio, con una desviación estándar de 0,4% y 0,6% respectivamente, para 10.000 simulaciones, esto implica un ingreso adicional de 16,8 MUS$/año por cada chancador en faena de características similares. En el caso de que se aumentará el largo del circuito, se deberá incrementar el número de camiones, para conseguir los mismos resultados. Para el proceso de abastecimiento de combustible, la red neuronal predice el consumo del equipo, para posteriormente con un modelo de asignación dinámica, crear un proceso autónomo de envió a las diferentes estaciones. En un escenario de 60 CAEX en circulación y con dos petroleras, se generó una reducción de un 65% aproximadamente en la espera de cada camión para reabastecer. Adicionalmente, disminuye el número de recargas necesarias en periodos mayores a una semana, gracias a rellenar más litros por visita. Lo anterior, significó un incremento de un 3,2% en la utilización de los camiones de extracción. Para asegurar la fidelidad de los resultados presentados anteriormente, se realizó un test de confianza al 95%, para descartar que los beneficios fueron aleatorios. De este se concluyó que los valores señalados son estadísticamente significativos. Por último, con estos desarrollos una faena puede recuperar de manera rápida, gracias a algoritmos de predicción y optimización, y a un bajo costo de implementación y operación, tiempos perdidos en sus activos, con lo que se generará mayores ingresos para el negocio. / The copper mining industry is currently experiencing a low-price crisis, which has led to a series of measures at national and international level, to reduce costs and improve productivity in operational processes. Currently, dynamic allocation systems as Jigsaw or Modular is not responsible for the refueling, which is carried out manually and is performed when the operator notifies that his equipment is close to the reserve. Moreover, this software once assigned the discharge point, does not analyze the type of material carried in each haul truck, so this process is the first to arrive is the one who performs the activity. This work focused on recovering some of the wasted time of haul trucks in large open pit operation to improve the production process. This is achieved by implementing neural network models used for forecasting information, and optimization models, which will use this predicted data to improve transport in the processes of crushing and refueling. For the case study it was used a database of 6 months, from February 2015. The mine company has a production of approximately 450 KTPD material and an effective fleet of 54 CAEX. As for the crushing optimization process, this was succeeded using a neural network that predicted the processing time of each charge. Then, with this information the discharge order was reorganized in crushing in view of this new parameter. Now, considering a 5 km circuit and a fleet of 11 trucks, there was an increase of the utilization of the equipment’s on that circuit by 1.9% and 2.4% of extra throughput tonnage, with a standard deviation of 0.4% and 0.6%. This implies an additional income of 16.8 MUS $ / year for each crusher in the mine. In the case the circuit length increase, the same needs to happen with the truck fleet to achieve the same results. For the refueling process, the neural network predicts the fuel consumption of the equipment. Later a dynamic allocation model, create an autonomous sending process to different fuel stations. If it is consider a case with 60 haul trucks in circulation and two available stations. This results in a reduction of approximately 65% of the waiting of each truck to restock. Further on, it was also decreases the number of loads, thanks to fill more liters per visit. Finally, this means an increase of 3.2% in the utilization of haulage equipment. To ensure that the results presented above, has a 95% of confidence, it was performed a test to determinate that the benefits were not randomized. This test concluded that the indicated values are statistically significant. With these improvements, a mine company can recover quickly, thanks to predictive and optimization algorithm, and for a low cost strategy, wasted time in their assets and improve revenues for the business.

El proyecto de tesis titulado "Aspectos estocásticos en la coordinación hidrotérmica a largo plazo" es el resultado de un trabajo de investigación enmarcado en el campo de la generación de electricidad y trata, más concretamente, de los principales aspectos de características indeterministas relacionados con la generación y coordinación hidrotérmica a largo plazo, tal como su mismo título resume. Es, por lo tanto, un proyecto directamente comprometido con la investigación aplicada en un sector estratégico de la economía.El trabajo está situado en el dominio de la Investigación Operativa, dentro de la rama conocida como optimización estocástica; en consecuencia, se presenta estrechamente vinculado al área de las ciencias de la Estadística. El objetivo principal está planteado en investigar un modelo apropiado para el tema que permita desarrollar aplicaciones de minimización de los costes relacionados con la producción de energía eléctrica. Esta localización implica ciertamente simplificaciones en lo relativo al proceso físico-mecánico de generación de electricidad, en beneficio de una visión global obligada si se tiene en cuenta que el periodo de estudio tiene una magnitud temporal en torno al año, mientras que el número de centrales térmicas e hidráulicas que el problema considera es propio de las situaciones reales que se presentan en una compañía eléctrica.Dentro de lo que se conoce como optimización estocástica existen un buen número de métodos establecidos. A partir de los trabajos del profesor Nabona, el método multiartículo entra dentro de este círculo, con su aplicación en problemas de optimización de la generación hidroeléctrica a largo plazo. El ánimo inicial en la investigación que este trabajo describe -pero que no culmina- se puede plantear como:o realizar un estudio sobre el cálculo de distribuciones multiartículo para las aportaciones naturales,o determinar una estimación del error que el método introduce, teniendo en cuenta que se trata de una aproximación sobre las distribuciones de partidaSin embargo, estos simples puntos de partida tuvieron que ser replanteados cuando se les unieron otros de evidente necesidad, y de ambiciones más elevadas, como elaborar una formalización concerniente a las variables aleatorias de bloques, íntimamente relacionadas con la teoría multiartículo, o extender ésta a un método para resolver el problema de coordinación hidrotérmica a largo plazo. Todos ellos se pueden unificar en un objetivo prioritario, perseguido por el trabajo que se describe en esta memoria, que es la consolidación de la teoría en el ámbito de la optimización estocástica.¿Qué se entiende por consolidación? En primer lugar, demostrar que el método está respaldado por una teoría robusta. También, que esta teoría es suficiente para modelizar los sistemas que se consideran en los problemas eléctricos citados. Finalmente, que las soluciones halladas para tales problemas son verosímiles y pueden ser de utilidad al usuario que demanda una herramienta sofisticada para la evaluación de costes en parques hidrotérmicos con horizontes a largo plazo.Aportaciones de la tesisEn síntesis, la principal aportación de la tesis es haber logrado un avance significativo en el terreno de la optimización estocástica más concretamente, en el terreno de la coordinación hidrotérmica a largo plazo mediante la aplicación combinada de técnicas multiartículo y variables de bloques. Puesto que el campo de investigación en el entorno de la optimización con variables aleatorias de bloques es muy amplio todavía, esta contribución tiene aspiraciones a ser un paso importante hacia la madurez del método multiartículo.Particularmente, deben destacarse los siguientes aspectos:o descripción y estudio exhaustivo desde el punto de vista estadístico de la distribución de probabilidad genérica conocida como de bloques; ya utilizada en trabajos previos, en esta memoria se pretende categorizarla como variable aleatoria propia. De este proceso se desprende una metodología para estimar variables de bloques a partir de una muestra procedente de una variable cualquiera.o cálculo de expresiones de la generación hidráulica esperada para la validación de una aproximación en uso. La comparación posterior sobre casos concretos evidencia una cierta sobreestimación en el cálculo de la generación por parte de la versión inicial. Estas expresiones reducen el sesgo en la estimación de la generación hidráulica esperada, aunque son alternativas menos eficientes computacionalmente.o construcción de un procedimiento que permite simular políticas de largo plazo aplicables a una cuenca hidráulica. El proceso genera valores de aportaciones naturales condicionadas entre sí, y permite verificar si la política obtenida mediante la minimización de una función de coste probable de producción genera costes aceptables.o desarrollo de técnicas específicas para un programa de coordinación hidrotérmica a través de curvas potencia-energía parametrizadas por factores indeterministas, entre los que se cuenta la generación hidráulica representada como distribución de bloques.o desarrollo de un método para hallar la distribución de la suma de una variable de bloques y otra cualquiera independiente de la primera por el procedimiento de la convolución, y aplicación del mismo a distribuciones de la potencia en fallo hidráulica con la carga del sistema. A partir del mismo se construye una nueva función de coste probable de producción que no depende, como las anteriores, solamente de la esperanza de la generación hidráulica.o desarrollo e implementación de un modelo de optimización de la generación hidráulica a largo plazo basado en la nueva función de coste probable de producción, y que tiene en cuenta límites de potencia y de generación hidráulica.o un aspecto que nunca se había abordado hasta ahora ha sido una comparativa de resultados teniendo en cuenta la influencia que presenta el número de bloques con que son representadas las variables. Las pruebas efectuadas no son taxativas en cuanto a este aspecto, pero proporcionan una información sumamente interesante. / The thesis project entitled "Stochastic Aspects on Long-Term Hydrothermal Coordination" is the result of a research work in the field of the electricity generation. More precisely, it deals with some aspects with random characteristics related to the generation and long-term hydrothermal coordination processes. Therefore, it is a project directly involved with applied research in a strategic sector of Economy.The work presented is connected with Stochastic Optimization techniques, a field between Statistics and Operations Research. The goal is to find a suitable model to be applied in the minimization of the cost of electricity production. As, in this kind of problems, the time horizon is long (around one year or more) and the number of thermal and hydro units should be large in order to consider realistic cases, the modelling does not take into account the detail of the physical-mechanical process of generation, which is considered more properly in the short-term stage.We follow the method developed by Professor Nabona to describe random variables through multiblock distributions in a multicommodity model. Initially, we aimed to:o apply the calculus of multiblock distributions to natural inflows, ando estimate the error introduced by the method, taking into account that it is an approximation of the original distributions.Later, we included more formal aspects to describe multiblock random variables and their properties, and the multicommodity model was extended. Thus, this method has grown to currently become a successful model in the Stochastic Optimization space, which is undoubtedly the main objective of the project. We prove that the method can model the systems considered efficiently, and the solutions found are plausible and can be useful to evaluate costs in hydrothermal parks for long-term periods. Our contribution is likely to represent a significant progress in the field of Stochastic Optimization applied to Long-Term Hydrothermal Coordination.In addition, the following points should be remarked:o Description and study from a probabilistic point of view of the multiblock probability distribution. Besides, we derive a methodology to estimate multiblock variables from a sample coming to an unknown distribution.o Alternative expression of hydrogeneration, in order to validate an approximation based on multiblock variables. This expression, computationally more expensive but closer to actual values, is evaluated using real cases, and it shows that former evaluations of hydrogeneration overestimate it slightly.o Development of simulation procedures in order to simulate long-term policies that are applied to a single hydro basin. The process generates non-independent values of natural inflows for each reservoir, allowing to test if the policy obtained through the minimization of the expected production cost function produces acceptable costs.o Implementation of specific techniques for a hydrothermal coordination program, using power-energy curves with parameters dependent on random factors, like hydrogeneration (represented through a multiblock distribution).o Development of a convolution method to sum up a multiblock random variable to any other, applicable to find the hydropower unavailability with the load system. This method allows to build a new expected production cost function, not depending only of the expected hydrogeneration.o With the new expected production cost function, one has developed and implemented a richer model, taking into account power and hydrogeneration limits.o Finally, a study of the influence of the number of blocks used to describe the multiblock distributions has been undertaken. The tests carried out are not definitive, but they contribute with some interesting information.

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En esta tesis se abordan diferentes problemas de optimización dinámica de gran tamaño, desde una planta de tratamiento de gas natural como para un sistema biológico capaz de producir de etanol. En todos los casos resueltos durante esta tesis se transformaron los problemas diferenciales-algebraicos en problemas no lineales mediante la aplicación de estrategias de discretización ortogonal en un enfoque simultáneo. Se desarrolla un modelo dinámico basado en primeros principios que representa el sector criogénico de una planta de tratamiento de gas natural, se obtuvieron resultados satisfactorios de la comparación con datos experimentales aportados por una empresa actualmente en operación (TGS S.A.). Además, se resolvieron problemas de optimización dinámica que abordan problemas de controlabilidad y mejoras en la eficiencia del sector criogénico de la planta. En este problema de gran tamaño se explotaron las propiedades de los códigos, solvers, plataformas y terceras dependencias utilizados en la búsqueda de la solución óptima en el menor tiempo computacional posible, arrojando resultados que abren la posibilidad de expandir esta aplicación hacia problemas de Control Predictivo No Lineal o Control en Línea. En el caso del modelo dinámico que representa un sistema biológico para la producción de etanol, se obtuvieron resultados que concuerdan con los datos experimentales disponibles. Se resuelve un problema de estimación de parámetros que contribuye con nueva información de parámetros a la bibliografía. Además, se resolvió un problema de optimización dinámica que maximiza la producción de etanol mediante el control de grados de libertad propuestos en la tesis, consiguiendo un aumento considerable en la producción de etanol. En ambos problemas de optimización se desarrolla un modelodiferencial-algebraico que representa el medio extracelular y un modelo lineal que representa el modelado de las redes metabólicas para la cepa Synechocystis sp. PCC 6803. / This dissertation addresses different large-scale dynamic optimization problems, from a natural gas treatment plant to a biological system able of producing ethanol. During this thesis, all formulated differential-algebraic problems were transformed into non-linear problems by the application of orthogonal discretization strategies in a simultaneous approach. A dynamic model based on first principles that represents the cryogenic sector of a natural gas treatment plant was developed, obtaining satisfactory results from the comparison with experimental data contributed by a company currently under operation (TGS S.A.). In addition, dynamic optimization problems, which faced off controllability issues and improvements in the efficiency of cryogenic sector of the plant were solved. In this large-scale problem, codes, solvers, platforms and third parties dependencies properties were exploited looking for optimal solutions in the shortest time, getting results that open the possibility of expanding this application to Non-Linear Model Predictive Control or Online Control problems. In the case of the dynamic model that represents a biological system for ethanol productions, the results obtained have good agreement with experimental data available. A parameter estimation problem that contributes with new information to the bibliography was solved. Besides, in this thesis a dynamic optimization problem was solved which maximize ethanol production through controlling degrees of freedom proposed, achieving a considerable increment in the ethanol production. In both large-scale optimization problems, a differential-algebraic model was developed that represents the extracellular medium and a linear model that characterizes the metabolic networks model for the Synechocystis sp. PCC 6803 strain.

Un algoritmo para problemas de optimización no lineal con restricciones de igualdad y de caja es presentado. En el marco del método de programación cuadrática secuencial, con una estrategia de globalización de región de con- fianza, se evita el uso de parámetros de penalización en funciones de mérito mediante el uso de un filtro inclinado con memoria. Los subproblemas de región de cofianza son resueltos mediante el uso del método de gradiente espectral proyectado (SPG), un método no monótono para problemas convexos de gran escala. El paso de prueba es evaluado mediante una condición no monótona sobre el Lagrangiano de la función objetivo, que puede ser considerado una generalización de la condición de fracción decrecimiento de Cauchy y la condición no monótona para búsqueda lineal de Grippo, Lampariello y Lucidi. Las propiedades de buena definición y convergencia global del algoritmo son analizadas bajo hipótesis estándar para problemas de optimización no lineal con restricciones de igualdad y de caja, basados en una estrategia de región de cofianza. Resultados numéricos son reportados para validar la eficiencia y robustez del algoritmo en problemas de variado tama~no, y un problema de ajuste de observaciones con ruido a una solución de una ecuación diferencial de segundo orden, que genera un problema no diferenciable. La condición de decrecimiento no monótona es comparada con la tradicional condición monótona mediante perfiles de rendimiento. / An algorithm based on nonmonotone trust-region- lter method for a nonlinear problem with equality and box constraints is presented. In the frame of sequential quadratic programming with a strategy for global convergence based on the trust region approach the use of a slanting lter with memory avoid the pitfalls of penalty parameters of merit functions. The trust region subproblems are solved by the Spectral Projected Gradient (SPG), a nonmonotone method for large-scale convex constrained problems. The trial step is evaluated by a nonmonotone condition in the Lagrangian of the objetive function, which can be considered not only a generalization of the fraction of Cauchy decrease condition, but also a generalization of the nonmonotone line search proposed by Grippo, Lampariello y Lucidi. Well definition and global convergence properties are analyzed under mild conditions for the non linear problems with equality and box restrictions based on trust region. Numerical results are reported to validate the robustness and eficiency of the algorithm on varied size test problems, and for fit a set of noisy observations to a second order diferential equation solution wich generate a non diferential problem. The nonmonotone rule is compared to the traditional monotone rule through performance profiles.

En el presente trabajo estudiamos el problema de optimizaci on de inversión-consumo en tiempo continuo cuando la tasa de inter es es estocástica (bajo el modelo de Vasicek, de Hull-White y de Ho-Lee) y la función de utilidad pertenece a la familia de funciones HARA (Hyperbolic Absolute Risk Aversion), la cual engloba funciones de utilidad que se emplean frecuentemente en problemas de optimizaci on de portafolios de inversi on. El objetivo es encontrar una estrategia din amica de distribuci on de la riqueza de un individuo entre consumo e inversi on en instrumentos financieros riesgosos (cuyos precios est an gobernados por movimientos geom etricos brownianos) y uno libre de riesgo con retorno igual a la tasa de inter es, la cual debe maximizar su utilidad agregada durante un periodo de tiempo finito. Este problema de control optimo estoc astico se resuelve usando el principio de programaci on din amica, por lo que se busca una funci on que resuelva la ecuaci on de Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB). Para simplificar esta ecuación diferencial parcial no lineal en tres variables empleamos la transformada de Legendre, la cual reduce el problema a dos ecuaciones diferenciales parciales lineales en dos variables. Estas se resuelven aplicando el principio de Duhamel, con lo cual conseguimos otra manera de obtener la soluci on del problema a la planteada por Chang y Chang en [4]. Los aportes principales del trabajo son el teorema de verificación que demuestra que la funci on hallada que resuelve la ecuaci on HJB equivale a la función de valor del problema de inversión-consumo, la demostración de que las funciones en las que se alcanzan los supremos en la ecuaci on HJB forman la estrategia óptima, y el desarrollo del problema de inversión-consumo bajo los modelos de Hull-White y de Ho-Lee de tasa de interés.

La presente tesis tiene dos objetivos principales. El primer objetivo es la búsqueda y comparación de diversos algoritmos de optimización que permitan obtener diseños automatizados de la estructura de pilas rectangulares huecas de hormigón armado sin necesidad de un conocimiento previo de las mismas. Y el segundo objetivo es el de extraer conclusiones generales sobre las estructuras optimizadas, para lo cual se parametrizarán pilas de diferentes alturas con diferentes luces de vanos tanto para tableros de viaductos de carretera como de ferrocarril. El estudio se finalizará con la optimización de una pila de 90 metros de altura para un viaducto de carretera. La robustez de las soluciones obtenidas a través de las diferentes ejecuciones realizadas para las pilas y métodos de optimización estudiados ha sido realizada mediante la distribución t de Student, lo que permite dar un nivel de confianza de las soluciones encontradas. Para realizar la comparación de los métodos heurísticos se aplicaron a una misma pila diez tipos distintos de algoritmos, entre los que se encuentran la estrategia de saltos múltiples aleatorios (RW), tres métodos de búsqueda local y seis de búsqueda poblacional. Entre los de búsqueda local están el método del gradiente (DLS), la aceptación por umbrales (TA) y la cristalización simulada (SA). En cuanto a los métodos poblacionales se han estudiado cuatro variantes de la optimización mediante colonias de hormigas (AS, ACS, ASO1 y ASO2) y dos variantes de los algoritmos genéticos (GEN1 y GEN2). El menor coste mínimo fue obtenido por AS con un valor de 68819.41 siendo la diferencia con los menores costes del resto de heurísticas, excepto para el RW, inferior al 1%. Por otro lado, los tiempos de ejecución empleados por los métodos poblacionales fueron, en general, superiores a los utilizados por los métodos de búsqueda local. Además, se compararon los resultados obtenidos mediante las heurísticas con la pila construida, la cual fue proyectada ....... / Martínez Martín, FJ. (2008). Optimización Heurística de pilas rectangulares huecas de hormigón armado [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2602