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Técnicas de modelado e optimización de sistemas contraincendios, seguridade e loxística baixo un enfoque de sustentabilidade. Aplicacións aos sectores industrial e naval

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Técnicas de modelado e optimización de sistemas contraincendios, seguridade e loxística baixo un enfoque de sustentabilidade. Aplicacións aos sectores industrial e naval

Bellas Rivera, Roberto
 
DATE : 2021-02-02
UNIVERSAL IDENTIFIER : http://hdl.handle.net/11093/1738
UNESCO SUBJECT : 1203.26 Simulación ; 2204.04 Mecánica de Fluidos ; 3310.07 Estudio de Tiempos y Movimientos
DOCUMENT TYPE : doctoralThesis

ABSTRACT :

El modelado y simulación de sistemas se ha convertido en un pilar más del método científico, complementando a la teoría y la experimentación. La simulación permite ratificar o refutar teorías, siendo en general, más económica y factible que la experimentación con el sistema real, o incluso a menor escala, con un prototipo. La utilización de herramientas de simulación numérica se ha extendido en las últimas décadas; de la ciencia básica ha pasado a la ciencia aplicada y la ingeniería. Disciplinas tan diferentes como la ingeniería, logística, meteorología, finanzas, biomedicina, o ciencias sociales hacen uso de modelos y simulaciones. La modelización de los diversos fenómenos que se plantean en estos ámbitos es de gran utilidad para la toma de decisiones, ya que permite evaluar una diversidad de escenarios reduciendo errores y riesgos. Por otra parte, una vez que la modelización y simulación de un fenómeno se ha validado, se pueden realizar fácilmente múltiples simulaciones variando datos de entrada y parámetros de diseño con un considerable ahorro de tiempo e inversiones ... [+]
El modelado y simulación de sistemas se ha convertido en un pilar más del método científico, complementando a la teoría y la experimentación. La simulación permite ratificar o refutar teorías, siendo en general, más económica y factible que la experimentación con el sistema real, o incluso a menor escala, con un prototipo. La utilización de herramientas de simulación numérica se ha extendido en las últimas décadas; de la ciencia básica ha pasado a la ciencia aplicada y la ingeniería. Disciplinas tan diferentes como la ingeniería, logística, meteorología, finanzas, biomedicina, o ciencias sociales hacen uso de modelos y simulaciones. La modelización de los diversos fenómenos que se plantean en estos ámbitos es de gran utilidad para la toma de decisiones, ya que permite evaluar una diversidad de escenarios reduciendo errores y riesgos. Por otra parte, una vez que la modelización y simulación de un fenómeno se ha validado, se pueden realizar fácilmente múltiples simulaciones variando datos de entrada y parámetros de diseño con un considerable ahorro de tiempo e inversiones frente a la realización de experimentos reales. Las principales contribuciones del presente trabajo consisten en el diseño e implementación de modelos y simulaciones para problemas que se plantean en la ingeniería de seguridad y diseño de espacios y procesos de trabajo, los resultados de las simulaciones complementan la opinión de expertos y las normas prescriptivas en el marco del diseño orientado a prestaciones (PBD). Toda esta información se integra en un modelo de tomas de decisiones multiatributo (MADM) que facilita la elección de posibles alternativas para el diseño de soluciones de ingeniería. También se constata cómo el modelado y simulación contribuye a la disminución de riesgos y errores en el diseño, además de una mayor eficacia y seguridad, mejorando los resultados obtenidos con diseños que meramente cumplan las especificaciones de la normativa prescriptiva. Los modelos y simulaciones computacionales (MSC) se aplican a diversos problemas: sistemas de protección contra incendios, movimiento y evacuación de personas, diseño de espacios de trabajo y servicios. Con este fin, se han elegido las metodologías y herramientas de simulación adecuadas para cada aplicación, como Fire Dynamics Simulator (FDS), AnyLogic y Pathfinder para realizar simulaciones con las metodologías de simulación más comunes: dinámica de fluidos computacional (CFD), simulación de eventos discretos (DE), y simulación basada en agentes (AB) respectivamente. En la primera parte del documento se introduce el modelado y simulación aplicados al diseño de soluciones en la ciencia e ingeniería, se presentan las metodologías existentes más comunes: eventos discretos (DE), dinámica de sistemas (SD), modelado basado en agentes (AB) y sistemas dinámicos (DS). Así mismo se explican el ciclo de vida de un modelo y los componentes del proceso de verificación, validación y acreditación (VV&A). Posteriormente se introduce el concepto de diseño orientado a prestaciones (PBD) y su aplicación a la ingeniería de seguridad como complemento a las normas prescriptivas. En el marco de la ingeniería de seguridad se estudia la problemática del modelado y simulación computacional de incendios; tanto los modelos de zona como los modelos de campo, y en especial la herramienta FDS, utilizado en el presente trabajo. Así mismo, se estudia la problemática del modelado y simulación de la evacuación de personas en situaciones de emergencia y en particular la herramienta Pathfinder. Una vez explicados los métodos y herramientas de simulación utilizadas, se propone una metodología para incorporar el modelado y simulación computacional a un modelo de toma de decisiones. En el modelo propuesto de toma de decisiones multiatributo (MADM), las alternativas están predeterminadas por los expertos, se tienen en cuenta sus juicios individuales y para ciertos criterios se complementan con los resultados de simulaciones validados mediante métodos estadísticos, diseño de experimentos y ensayos reales. Para ello, en primer lugar, se desarrolla un Proceso Analítico Jerárquico (AHP) sobre la base de las opiniones de los expertos y se proponen varias alternativas. A continuación, con el fin de reducir la subjetividad, se modelizan y simulan estas alternativas usando las metodologías de MSC citadas anteriormente. Finalmente, se exponen varios trabajos publicados en los que ponen en práctica los métodos de simulación y el modelo de toma de decisiones. En concreto, dicho modelo se utiliza para elegir la mejor alternativa de diseños de varios espacios en edificios y buques, teniendo en cuenta el factor humano. Los métodos de simulación utilizados son: sistemas dinámicos (DS) para la simulación de incendios mediante el software FDS, eventos discretos (DE) y simulación basada en agentes (AB), ambos mediante el software AnyLogic para la simulación de procesos que incluyen el movimiento de personas. Así mismo, se aplica el método AB para la simulación de evacuación de personas mediante software Pathfinder. Por último, las predicciones sobre condiciones de temperatura, visibilidad y toxicidad que proporcionan las simulaciones CFD de incendios en varios escenarios de riesgo, se incorporan a la simulación de evacuación, de esta forma, se analiza de forma más completa la seguridad de las personas durante su evacuación en un edificio. [-]

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