Evaluación de Alternativas · PDF filetecnológica, económica y ambiental...

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07/04/2005 Dr. H. Maury R. © 1 Evaluación de Alternativas Dpto. de I. Mecánica Universidad del Norte

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Evaluación de Alternativas

Dpto. de I. MecánicaUniversidad del Norte

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¿De dónde Venimos?

Métodos para generación de soluciones– Creativos: Lluvia de ideas, Sinéctica, eliminación de

bloqueos, porqué porqué?, ....– Sistemáticos: Diseño funcional, Diagramas

morfológicos, ...– Mixtos: TRIZ, MESISOLC – Exp. Tesis H. Maury

¿A dónde vamos?Métodos para evaluación de soluciones

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Contenido

Fundamentos teóricosMétodos para evaluación de alternativasCasos de diseño

“La selección de la solución perfecta es consecuencia del número y riqueza de las opciones consideradas”

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Evaluación

¿Qué es la evaluación de alternativas?Es un proceso por medio del cual se determina el valor o utilidad de cada una de las alternativas generadas en el proceso diseño con relación a las necesidades de los clientes potenciales, que se expresan a través de un conjunto ponderado de objetivos o de criterios

Este proceso permite determinar sobre cuáles de las opciones se justifica continuar su desarrollo e invirtiendo más tiempo y recursos (Fase básica y de detalle)

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Evaluación

Aspectos deseables en la evaluación conceptualEl objetivo fundamental de la evaluación es determinar cuál o cuáles alternativas tienen el mayor potencial de llegar a ser productos de calidad mediante un proceso simple y económico, pero razonablemente acorde con la confiabilidad demandada por la etapa de desarrollo en donde se aplique

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Evaluación

Retos en la evaluación conceptualEl principal reto, en esta etapa, es determinarde la manera más objetiva, con mínima pero apropiada inversión de recursos y tiempocuáles conceptos cumplen de mejor forma los requerimientos.A pesar del bajo o muy general nivel de información con que se cuenta en el diseño conceptual

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Evaluación

¿Cómo evaluar objetivamente en el DC?La información lograda en el DC aunque mínima debe ser suficientepara las evaluaciones iniciales necesarias, ya sea de naturaleza técnica, económica y financiera entre otras. Por lo tanto debe permitir visualizar o estimar entre otras cosas lo siguiente:

– Los principios tecnológicos involucrados en las alternativas– Sus niveles comparativos de de desempeño funcional y DFX (Simulación

heurística)– Disposición, geometrías, formas y dimensiones relevantes– Todos los insumos o estimaciones burdas necesarias para determinar las

cantidades de obra o volúmenes de trabajo para la realización depresupuestos globales (m.e=+/-20%)

– En general todo el tipo de parámetros necesarios para valorar la factibilidad tecnológica, económica y ambiental (seguridad y fiabilidad) de cada una de las alternativas con el fin de soportar la elección de la mejor opción

– La mínima información de Ingeniería para el inicio del diseño básico de la opción conceptual elegida

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EvaluaciónElementos fundamentales de la evaluaciónUn problema de selección correctamente llevado involucra estos elementos:

– Opciones a elegir– Factores de decisión– Definición del peso o prioridad de

los factores– Medición o estimación de las

variables de desempeño mediante simulación de las alternativas

– Patrón de referencia (Especificación Inicial), desempeño deseado

Elementos fundamentales de la evaluaciónLa evaluación implica la cohesión de actividades como las de análisis comparativo que a través de la síntesis nos conducen a la mejor opción vinculando elementos de tres componentes para la toma de estas decisiones:

Op’s

Rq’sAc’s Dec’s

Op. Sel

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Tipos de Métodos para Evaluación

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Algunos métodos de decisión

Los equipos de diseño emplean algún tipo de método de decisión enmarcado dentro de los siguientes:

– Decisión Externa. Los conceptos se presentan a un agente externo (cliente, departamento, ...) que decide cuál es la mejoropción (viab. basada en el juicio de un tercero con poder)

– Líder de productos. Un miembro influyente dentro del equipo de desarrollo elige de acuerdo a sus preferencias la mejor opción (viab. basada en el juicio ingenieril del lider)

– Intuitivos. Se elige el concepto de acuerdo con las percepciones que genere por votación del equipo de diseño

– Prototipo y ensayos. El equipo sustenta su decisión en los resultados de construir y ensayar prototipos reales o virtuales para cada opción

– Métodos racionales. MCP, matrices de decisión, análisis del valor, VDI 2225

– Pros y contras. El equipo lista las debilidades y fortalezas de cada alternativa

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Presentimiento o intuición

Valoraciòn de viab. Tecl/gca

Filtrado pasa/ no pasaCumple/ no CumpleOR’s o Constraints

Matrices de decisiónMCP – CR’s

ER’sSimulación

(+) Inf. (+) Tarde

(-) Inf. +Tempr

Algunos métodos de decisión

Pre selelecciónSelección

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Métodos racionales o sistemáticos

Métodos ordinales (Unicriteriales)De acuerdo con cada criterio se ordenan las soluciones, generándose el inconveniente de la integración de los resultados con los diferentes criterios (Método de pros y contras)Métodos cardinales (Integrales - Multicriteriales)Se evalúan las alternativas frente al múltiples criterios de diferente peso (MCP)Métodos en los que se considera el ciclo de vida(MEPECIV - MEPEIA)

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Método de los criterios u objetivos ponderados

El MCP es un medio para la evaluación comparativa de diseños alternativos considerando objetivos o criterios diferencialmente ponderados

Matrices de Decisión

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Procedimiento del MCP

1. Establecer los criterios de evaluación2. Ordenar las listas de criterios3. Asignar ponderaciones a los criterios4. Establecer la utilidad de las alternativas frente

a cada criterio (Definir parámetros de medición - simulación, medición o estimación)

5. Calcular y comparar los valores de utilidad relativa de las alternativas

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Estructura de las MD’s

Alternativas

Criterios Wt A1 … AJ …… Am

C1 W1 V11 … V1j V1m

.... …

Cn Wn Vn1 Vnj Vnm

Vtotal )*( 1

1i

n

ii VW∑

=

.... )*(

1ij

n

ii VW∑

=

....... )*(1

im

n

ii VW∑

=

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Ejemplo MCPM

áq. D

e E

nsay

os p

or Im

pact

o

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Método MEPECIV (MEPEIA)

El papel del método para la evaluación en el ciclo de vida es:– Verificar la bondad de cada una de las soluciones

en relación con las especificaciones Iniciales, su ciclo de vida y criterios establecidos (DFX)

– Brindar los argumentos necesarios para la toma de decisiones objetivas en el proceso de escoger una solución

– Es un proceso de confrontación no sólo a nivel individual de cada solución, sino del conjunto de soluciones frente a múltiples criterios prefijados y jerarquizados en la etapa de EI

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Método MEPEIA

objetivos o criterios de evaluación

Determinación y Compilación de los parámetros para

determinación del valor

Determinación de los valores individuales

Determinación del Valor Global Relativo o Ponderal.

Elección de la solución

Comparación de las soluciones

Ciclo de Vida

Determinación y Compilación de los parámetros para cuantificar la

agresión ambiental

Determinación de los valores individuales

Determinación del Valor Global Relativo o Ponderal del Impacto Ambiental

Elección de la solución

Comparación de las soluciones

INICIO

Identificación de los objetivos o criterios de la evalución en el CV.

Análisis y ponderación de los

FIN

INICIO

Aplicación del Modelo Metábólico para identicar las formas de impacto Ambiental en

el Ciclo de Vida

Análisis y ponderación de los Formas de Impacto Ambiental en el

FIN

Método de evaluación desde una perspectiva general Método de evaluación desde una perspectiva DFE

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CONOCIMIENTO FORMAL PARA LA EVALUACIÓN AMBIENTAL (DFE)

•• Modelo de Fases (MM)

FASE PRE OPERACIÓN

FASE DE OPERACIÓN

FASE DE FIN DE VIDA

DESECHOSRECURSOS

DESECHOSRECURSOS

DESECHOS

RECURSOS ENTORNO

C ic lo d e V id a

RECICLADORECICLADOCriterios de

evaluación en el CV•• Fases del Ciclo de Vida (CV)

No. Etapas del ciclo de vida del proceso o producto1 Pre-Uso (Originación)2 Operación o Uso (destinación)3 Fin de vida

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CONOCIMIENTO FORMAL PARA LA EVALUACIÓN AMBIENTAL (DFE)CONOCIMIENTO FORMAL PARA LA EVALUACIÓN AMBIENTAL (DFE)

No. Formas de agresión ambiental en ciclo de vida1 Energía consumida2 Materiales tomados3 Materiales desechados en la extracción y el reciclado4 Emisiones de energía (como calor) 5 Emisiones de materiales6 Emisiones de ruidos

Formas de Agresión Ambiental en el CV

hEn la Fase de Pre OperaciónhEn la Fase de UsohEn la Fase de FV

Criterios de evaluación en el CV

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Tabla M. Tabla de la importancia relativa entre las formas de impacto ambiental involucradas.

Más import.un Rec. Mat. Rec. Energ.

en el CV.

Des. de mat’s.en fases

diferentes a laoperación

Emis.Energ. enoperación

Emis. Sól.en

operación.

Emis. deruidos enoperación

SUM W(l)

RecursosMateriales 1.0 0.7 0.9 0.7 0.7 0.8 4.8 0.14

Recursosenergéticosen el (CV).

1.4 1.0 1.3 1.1 1.0 1.1 6.9 0.2

Desechos demateriales enfasesdiferentes ala operación

1.1 0.7 1.0 0.9 0.7 0.8 4.3 0.12

EmisionesEnergéticas. 1.1 1.0 1.1 1.0 0.9 0.9 6 0.17

Emisionessólidas enoperación

1.4 1.0 1.3 1.2 1.0 1.2 7.1 0.2

Emisiones deruidos enoperación

1.2 0.9 1.2 1.1 0.8 1.0 6.1 0.17

Total 35.2 1.0

Ponderación de los criteriosRESULTADOS EVALUACIÓN AMBIENTAL - CASO (1)

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FACTORES DE AGRESIÓN AMBIENTAL ESPECÍFICO EN EL CICLO DE VIDA

CONCEP. ELEM.

Desechos de materiales

En la extr., constr. y reciclaje (KG/KG).

Emisiones energéticas En la Extr.,

constr. y en el reciclaje (KJ/KG)

Energía Consumida en la prefabricación,

en la construcción y en el reciclaje

KJ/KG

Emisiones de Calor en la operación o uso (KJ/KJ)

Emisiones de partículas

sólidas en el uso

(KG/(m3/h)).

Emisiones de ruidos en el uso

(dB)

R(TPL/P) 0,7 4,8 37 - 0,2 85 R(TPV) 0,7 4,8 37 - 0,2 85 ED(C) 0,9 5,2 45 0,045 0,0072 75 ED(P) 0,8 4,8 40 0,05 0,0072 80

ED(VS) 0,8 5,2 38 0,035 0,01 90 ED(VCB) 0,8 3,8 38 0,035 0,022 90

ED(T) 0,8 3,8 38 0,055 0,0065 80 ED(A) 0,8 3,8 38 0,035 0,01 90

ED(VR) 0,7 3,8 38 0,022 0,005 75 T(C) 0,8 3,8 38 0,02 0,175 80

T(CN) 0,8 3,8 38 0,02 0,175 80 T(CF) 0,85 4,5 45 0,025 0,175 80 T(L) 0,8 4,1 41 0,04 0,175 82

T(B ó E) 0,8 4,0 40 0,04 0,17 82 T(CA) 0,8 4,2 42 0,05 0,2 85 T(T) 0,8 3,9 39 0,05 0,16 85 T(V) 0,8 3,7 37 0,03 0,25 90 T(A) 0,8 3,7 37 0,03 0,25 90

•Factores específicos de agresión elemental

Mod

elac

ión

apoy

ada

en h

eurís

ticos

Com

pila

ción

y c

uant

ifica

ción

de

pará

met

rosCONOC. FORMAL- FACTORES O ÍNDICES DE IMPACTOAMBIENTAL

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CONOCIMIENTO FORMAL PARA LA EVALUACIÓN AMBIENTAL (DFE)

• Factores o índices de agresión absoluto y relativo

hÍndices absolutos de agresión elementalhFactores absolutos de agresión GlobalhFactor equivalente de agresión global por ruidoshFactores de agresión global relativo para una forma de agresiónhPesos relativos o ponderados

hFactor ponderado de global global relativo

Iabs Ai j Iabse Iespe Capnoel i ki

imáx

k

NTE

ll k k

i

imáx

k

NTE

( ) ( ( )) ( * ), ,− = === ==∑∑ ∑∑

11 11

( )( )

∑==

pkLNTE

lKjAipeqtL

)*10/1(

)( 10log10

Iabse Iespe Capnoei k l k k, , *=

Itrel Ai jIabs Ai j

Iabs Ai jl

l

lj

TCSa Ai( )( )

( )( )− =

−=∑

1

W ll

lmáx

( )=∑ =

1

1

∑∑

∑=

=−

=−−

==máx

l

lmáx

l

l

lAiTCSa

jjAiabs

jAiabsl

ijAitrelgjtrel

I

IlWIlWI

1)(

1)(

)(

1)()( *)(*)(

F(Est.)

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•• MATRICES PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTALMATRICES PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL• Tabla A. Matriz para la evaluación ambiental de la alternativa (Ai-j) en el CV

Formas de Agresión- CV Tot.Peso especifico de la FIA 1ETAPA DEL CICLO DE VIDA Iabs(i,j)l Iarel(i,j)=W (Iabs(i,j)arel(i,j) Iabs(i,jIarel(i,j) abs(i,jIarel(i,j) abs(i,jarel(i,j) Iabs(i,j) Iarel(i,j)Preconstrucción ****Construcción o instalación MetotOperación o uso ECUFin de vida, reuso, o reciclaje.OtrasTotales= Sumatoria filas iabs(j-g)l

*****: Este valor se determina mediante un algoritmo especialECU: Algoritmo especial para determinar el consumo energético en la operación.

Rec. mat. (kg)(=W i,1)

Rec. Energ.Kj. (=W i,2)

Des. de mat.(=W i,3)

Des. Energ. Cal.(=W i,4)

Emis. de mat. - uso(=W i,5)

Emis. de ruid.(=W i,6)

Determinación de Valores Individuales• Tabla B. Matriz Comparativa en el Campo Acotado de Soluciones para una FIA Posición Alternativa

(ID) Impacto absoluto en el Ciclo de Vida

[Iabs(Ai-j)(l)] Impacto relativo en el ciclo de vida

para una forma de agresión

1 Ai-j Iabs(Ai-j)l )()(

))((

)()(

l

l

AiCSatabs

jAiabsjAirel I

II −

− =

TCSa(Ai)

TCSa(Ai)+1 Total Itabs CSa Ai Iabs Ai jl lj

TCSa Ai

( ( )) ( )( )

= −=∑

1 1

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• MATRICES PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL

•Matriz Comparativa en el CSa(Ai) de agresión total ponderal (Ai-j)’s.

Posc. Alternativa (ID) Itrel(Ai-j)1

Ai-j Itrel Ai j W l Itrel Ai j ll

lmáx

( ) ( ) * ( )− = −=∑

1

TCSa

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Caso de Diseño

Em barcac ión

Volque te

100 m

M u elle1 Ne

1N s

It

40 m 40m

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Caso de Diseño

Tabla H. Matriz de representación del campo acotado de soluciones del sistema CSa(Ai).Posición

1 2 3 4 5 6 7 8 ID. ALT

R(TPP/L) C(RE) ED(C) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-1)R(TPP/L) C(RE) ED(C) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-2)R(TPP/L) C(RE) ED(C) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-3)R(TPP/L) C(RE) ED(C) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-4)R(TPP/L) C(RE) ED(VCB) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-5)R(TPP/L) C(RE) ED(VCB) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-6)R(TPP/L) C(RE) ED(VCB) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-7)R(TPP/L) C(RE) ED(VCB) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-8)R(TPP/L) C(RE) ED(P) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-9)R(TPP/L) C(RE) ED(P) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-10)R(TPP/L) C(RE) ED(P) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt.(Ai-11)R(TPP/L) C(RE) ED(P) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-12)

Recep. Conducc. Extracc. Conducc. Transp. Conduc. Car. Emb Conducc.Funciones básicas

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Caso de Diseño

Tabla I. Especificación conceptual elem. para el concepto posic. 3 alternativa (Ai-1).Nombre Especificación Unidades Valor

Identificación del Concepto(S-TC-TR-NCE) SIN (1-Ccrp-1Rpes-C1,3)

Nombre del Concepto Elemental SIN Extractor dosificador de correaED(C).

Número total de Cadenas SIN 1Función (fbi) SIN Extracción y dosificación fb2Capacidad Nominal m3/h 800Tamaño Nominal Wn m 1.4Potencia Instalada (estimada) KW 16Masa (estimada) KG 4800Emisión de materiales en operación (est.) Kg/h 5.76Emisiones de ruidos dB dB 75

hhEspecificación Conceptual de las SolucionesEspecificación Conceptual de las Soluciones

Tabla J. Espec. Conceptual Global de la alternativa (Ai-1).Nombre – Especificación Unidades Valor

Identificación Solución Global (Ai-k) SIN (Ai-1)Función Global o Aplicación SIN A2Número total de Cadenas SIN 1Numero de Cadenas con ramal princ. SIN 1Número de Cadenas sin ramal princ. SIN 0Número total de equipos SIN 8Potencia total instalada (estimada) KW 90Masa Total Estimada KG 56500Composición Detallada de la Solución SIN Ver fila 1 Tabla H

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RESULTADOS EVALUACIÓN AMBIENTAL - CASO (1)

• Identificación y estimación de la magnitud absoluta de las FIA en el CV.

Tabla K. Matriz para evaluación del impacto absoluto ambiental de la alternativa (Ai-1).Formas de Impacto Ambiental FIA(l).

Fases del CV Rec. Mat.(Mg)

Rec. Energ.(MJ)

Des. Mat. en preuso y FV (Mg)

Emis. de Mat.en Uso (Mg)

Emis.Energ. (MJ)

Emis. deRuidos en el

uso (dB)Pre Uso - -

Fin de Vida 96.05 3842 39.55 - 384.2 -Operación - 2628 - 189720* 131.4 96.7**

Total 96.05 6470 39.55 189720* 515.6 96.7

Tabla L. Matriz de evaluación del impacto absoluto de la alternativa (Ai-2).Formas de Impacto Ambiental FIA(l).

Fases delCV.

Rec. Mat.(Mg)

Rec. Energ.(MJ)

Des. Mat. en preuso y FV (Mg)

EmiS. Mat. enUso (Mg)

Emis.Energ. (MJ)

Emis. deRuidos en el

uso (dB)Pre Uso - -

Fin de Vida 109.46 4372 45.07 - 438 -Operación - 3486 - 189720 174.3 96.7**

Total 109.46*** 7858 45.07 189720 612.3 96.7

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RESULTADOS EVALUACIÓN AMBIENTAL - CASO (1)

Tabla M. Tabla de la importancia relativa entre las formas de impacto ambiental involucradas.

Más import.un Rec. Mat. Rec. Energ.

en el CV.

Des. de mat’s.en fases

diferentes a laoperación

Emis.Energ. enoperación

Emis. Sól.en

operación.

Emis. deruidos enoperación

SUM W(l)

RecursosMateriales 1.0 0.7 0.9 0.7 0.7 0.8 4.8 0.14

Recursosenergéticosen el (CV).

1.4 1.0 1.3 1.1 1.0 1.1 6.9 0.2

Desechos demateriales enfasesdiferentes ala operación

1.1 0.7 1.0 0.9 0.7 0.8 4.3 0.12

EmisionesEnergéticas. 1.1 1.0 1.1 1.0 0.9 0.9 6 0.17

Emisionessólidas enoperación

1.4 1.0 1.3 1.2 1.0 1.2 7.1 0.2

Emisiones deruidos enoperación

1.2 0.9 1.2 1.1 0.8 1.0 6.1 0.17

Total 35.2 1.0

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RESULTADOS EVALUACIÓN AMBIENTAL - CASO (1)

hDeterminación y Compilación de los parámetros de cuantificaciónhDeterminación de los valores indiv. rel. de las FIA

Tabla N. Matriz Comparativa de las diferentes formas de Impacto en el Ciclo de Vida.

FIA(l)Rec. Mat’s

MgRec. Energ.

MJDes. Mat’s.

MgDes. Energ.

MJEmis. de sól.

Mg

Emis. deRuidos.

dBID. Alt Iabs Irel Iabs Irel Iabs Irel Iabs Irel Iabs Irel Iabs Irel(Ai-1) 96.05 .38 6470 0.26 39.55 0.27 515.6 0.27 189720 0.333 96.7 0.33(Ai-2) 109.46 .57 7858 0.32 45.07 0.31 612.3 0.32 189720 0.333 96.7 0.33(Ai-12) 143.51 .05 9852.6 0.41 59.09 0.42 780.4 0.41 189720 0.333 96.7 0.33Total 250.02 1.0 24180.6 1.0 143.71 1.0 1908.3 1.0 569160 1.0 290.1 1.0

hDeterminación del valor global ponderal en el CV del IAhComparación de las solucioneshElección de la Solución

Tabla O. Matriz Comparativa del Impacto Global relativo y ponderal para diferentes alternativas en su CV.

FIA(l) RecursosMateriales Recursos Energéticos Desechos Materiales Desechos Energéticos Emisiones de

sólidosEmisiones de

Ruidos.ID. Alt Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l)

TotalSum(Irel*W(l))

(Ai-1) 0.38 0.14 0.26 0.2 0.27 0.12 0.27 0.17 0.333 0.2 0.333 0.17 0.27431(Ai-2) 0.57 0.14 0.32 0.2 0.31 0.12 0.32 0.17 0.333 0.2 0.333 0.17 0.35801(Ai-12) 0.5 0.14 0.41 0.2 0.42 0.12 0.41 0.17 0.333 0.2 0.333 0.17 0.36768Irel*W(l) 0.14 0.2 0.12 0.17 0.2 0.17 1.0

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Caso de diseño

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Conclusiones

Se han presentado un conjunto de métodos para comparar los valores de utilidad de propuestas alternativas de diseño, por medio de la estimación de su desempeño y criterios diferencialmente ponderadosLos método de mayor interés son el MCP y MEPECIVEl método MEPECIV introduce el análisis en ciclo de vida, considerando criterios de evaluación derivados directamente de árboles en las fases del CV y el empleo de heurísticos para estimar el desempeño de las alternativas