Escuela de Doctorado

Fecha de lectura: 29/10/2026

• CABRERA REDONDO, ÓSCAR: From Optimisation to Artificial Intelligence Solutions for Modern Power Systems
  
  Autor/a: CABRERA REDONDO, ÓSCAR
  Programa: INGENIERÍA ELÉCTRICA
  Departamento: Departamento de Ingeniería Eléctrica (DEE)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 30/09/2026
  Fecha de lectura: 29/10/2026
  Hora de lectura: 10:00
  Lugar de lectura: ETSEIB - UPC
  Director/a de tesis: ARAGÜÉS PEÑALBA, MÒNICA
  Resumen de tesis: Los sistemas eléctricos modernos están siendo transformados por la descarbonización, la generación renovable, los recursos distribuidos, la electrificación, la digitalización y la participación de nuevos agentes. Estos cambios incrementan la complejidad operativa y requieren herramientas más rápidas, adaptativas y distribuidas. En este contexto, la optimización proporciona la capacidad para imponer restricciones físicas y operativas, mientras que la inteligencia artificial contribuye con capacidades de predicción, aproximación y adaptación.Esta tesis investiga la transición desde formulaciones basadas en la optimización hacia soluciones asistidas por inteligencia artificial para sistemas eléctricos, mediante tres contribuciones a nivel de red, comunidad y usuario. A nivel de red, se propone una red neuronal lagrangiana basada en grafos e informada por la física para aproximar el flujo de potencia óptimo en corriente continua. El enfoque se evalúa en redes eléctricas de referencia de 3 a 118 buses, incluyendo variantes normales y estresadas. En condiciones normales, el residuo medio de las restricciones de igualdad se reduce de 0,0219 p.u. a 0,0137 p.u., lo que corresponde a una mejora del 37,44% respecto a una red neuronal de grafos puramente basada en datos, logrando además soluciones 94 y 15 veces más rápidas de media respecto a un solver de optimización no lineal ampliamente utilizado bajo condiciones normales y extremas, respectivamente.A nivel de comunidad, la tesis analiza la operación inteligente de comunidades energéticas locales bajo restricciones organizativas y operativas. Los resultados muestran que la composición de los usuarios y las reglas de asignación influyen de forma significativa en la distribución de los beneficios. En los casos de estudio evaluados, las configuraciones con un 50% de usuarios con generación fotovoltaica privada alcanzan los mayores ahorros totales medios, 97,42€, mientras que la reasignación de excedentes incrementa los ahorros totales hasta 45,14€.A nivel de usuario, la tesis propone estrategias de aprendizaje federado personalizado para la predicción de la demanda eléctrica doméstica. Los enfoques de agrupamiento basados en el modelo propuestos mejoran la personalización sin centralizar datos privados de contadores inteligentes. En comparación con el aprendizaje federado convencional, FedEC y FedKM reducen el error cuadrático medio en un 0,27% y un 0,67%, respectivamente, con FedKM alcanzando el menor error agregado entre los métodos personalizados considerados.En conjunto, esta tesis muestra que la optimización y la inteligencia artificial son componentes complementarios de los sistemas eléctricos modernos. Su integración responsable requiere métodos precisos, eficientes, conscientes de la regulación y centrados en el usuario.
  

• DIAZ MOTTA, ARMANDO: Large Scale Wind-Powered Offshore Ammonia Production
  
  Autor/a: DIAZ MOTTA, ARMANDO
  Programa: INGENIERÍA ELÉCTRICA
  Departamento: Departamento de Ingeniería Eléctrica (DEE)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 30/07/2026
  Fecha de lectura: 29/10/2026
  Hora de lectura: 12:00
  Lugar de lectura: Aula 28.8 Sala Conferències - ETSEIB-UPC
  Director/a de tesis: DÍAZ GONZÁLEZ, FRANCISCO | VILLA ARRIETA, MANUEL RICARDO
  Resumen de tesis: El hidrógeno y el amoníaco renovable pueden contribuir a la descarbonización de sectores en los que la electrificación directa no es viable, actuando el amoníaco verde como vector de hidrógeno entre zonas de producción renovable y centros de demanda distantes.Entre las rutas de producción a gran escala propuestas en los últimos años, la producción de amoníaco verde basada en electricidad renovable y electrólisis del agua ha despertado un interés creciente. Sin embargo, se ha prestado una atención limitada a la viabilidad a largo plazo de la producción offshore autónoma de amoníaco basada en electrólisis SOEC y alimentada exclusivamente por energía eólica marina. Esta tesis aborda específicamente esta brecha de conocimiento al investigar si la producción offshore, autónoma y a gran escala de amoníaco verde basada en electrólisis de óxido sólido (SOEC), un lazo de síntesis Haber–Bosch (HB) y energía eólica marina puede convertirse en una ruta viable para 2050.Esta investigación tiene como objetivo evaluar la viabilidad técnica y económica a largo plazo de la producción de amoníaco basada en energía eólica marina.Para ello, la tesis combina una evaluación del estado del arte con un modelo termodinámico estacionario de una planta de amoníaco SOEC–Haber–Bosch de 3 000 tpd y un marco integrado pseudodinámico que acopla la planta, la generación eólica offshore, el almacenamiento en baterías y el almacenamiento de hidrógeno. Este marco incorpora un modelo económico y un algoritmo de optimización de capacidad que se usa para minimizar el costo nivelado del amoníaco (LCOA). El modelo pseudodinámico simula la operación flexible de la planta en un rango amplio de carga bajo condiciones de viento específicas de cada emplazamiento. En esta tesis se evalúan tres ubicaciones offshore con recursos eólicos de alta calidad: La Guajira (Colombia), el Mar del Norte (Dinamarca) y el Golfo de Roses (España).Los resultados muestran que, en estado estacionario y a carga nominal, la planta requiere 1 030 MW y alcanza una eficiencia global del 63% sobre base PCI-NH3, mientras que el electrolizador SOEC alcanza una eficiencia de 87% sobre base PCI-H2. El lazo Haber–Bosch suministra el 57% de la potencia térmica requerida para la evaporación del agua de alimentación en el proceso de electrólisis. Bajo operación a carga parcial, la unidad SOEC alcanza cargas mínimas del 61% y 72% para escenarios de conversión de vapor del 70% y 85%, respectivamente, con variaciones de temperatura en la pila dentro de ±30 °C. Bajo condiciones de operación offshore, la eficiencia global alcanza el 60%, y el factor de capacidad de la planta alcanza el 80% en el emplazamiento con mejor desempeño, aproximadamente un 10% por debajo del de una planta convencional de amoníaco conectada a red.En términos de viabilidad económica, los resultados indican que La Guajira y el Mar del Norte podrían alcanzar en 2050 los menores costos nivelados del amoníaco, de 472 y 436 USD t-1, respectivamente, mientras que el Golfo de Roses sigue siendo menos competitivo, con un valor cercano a 720 USD t-1.La comparación entre los emplazamientos seleccionados muestra además que una operación inflexible del lazo Haber–Bosch, es decir, a 100% de carga, produce solo diferencias marginales en los costos de producción con respecto a una operación flexible en el rango de 10–100% de carga, pero incrementa los eventos de hot-standby del lazo Haber–Bosch, lo que evidencia un compromiso entre estabilidad operativa y requerimientos de almacenamiento.La tesis aporta un marco de evaluación tecno económica para la producción offshore de amoníaco verde y brinda apoyo a la planificación de capacidad de los recursos renovables offshore. Asimismo, los resultados indican que el amoníaco offshore podría alcanzar competitividad para 2050, si disminuyen los costos de la energía eólica flotante y la electrólisis, y que concurran factores como condiciones de mercado favorables y de política pública.
  

• MUKHOPADHYAY, SHRODDHA: Nonlinear optics at the nanoscale: harmonic generation in resonant metasurfaces
  
  Autor/a: MUKHOPADHYAY, SHRODDHA
  Programa: FÍSICA COMPUTACIONAL Y APLICADA
  Departamento: Departamento de Física (FIS)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 30/09/2026
  Fecha de lectura: 29/10/2026
  Hora de lectura: 15:30
  Lugar de lectura: Sala de conferencias, planta baja, edificio TR1, Calle Colon 1, Campus Terrassa
  Director/a de tesis: COJOCARU, CRINA MARIA | TRULL SILVESTRE, JOSE FRANCISCO
  Resumen de tesis: Esta tesis tiene como objetivo contribuir a dos importantes áreas de investigación en fotónica: la óptica no lineal y la nanofotónica (en particular las merasuperficies). Estos camposinterconectados, sustentan el desarrollo de dispositivos nanofotónicos no lineales de próxima generación. La dimensionalidad reducida de los nanomateriales da lugar a nuevos regímenes físicos, que requieren nuevas herramientas teóricas y estrategias experimentales para comprender y aprovechar el comportamiento de estas estructuras trabajo integra conceptos de óptica no lineal, física de la materia condensada y nanofotónica. Aunque la óptica no lineal se estudia mayoritariamente en cristales transparentes y bajo condiciones de phase matching, los avances en nanofabricación enfocan hacia plataformas a escala nanométrica, donde las interacciones luz materia están dominadas por un fuerte confinamiento, efectos superficiales y efectos no locales. Bajo excitación láser ultrarrápida e intensa, la descripcion tradicional de la polarización no lineal resultan insuficiente, y se requieren modelos microscópicos. El marco teórico Maxwell hidrodinámico empleado a lo largo de esta tesis responde a esta necesidad de una descripción unificada. Esta base teórica se complementa con simulaciones no lineales realizadas mediante métodos numéricos FDTD y FEM. A nivel experimental, implementamos montajes ópticos que nos permiten medir con precisión de las eficiencias de los procesos no lineales. En este contexto, se alcanza detección en el UV, un límite característico de las mediciones ópticas en campo lejano, y se reportan mejoras de dos y tres órdenes de magnitud en la eficiencia de los armónicos generados, debido a la localización resonante de la luz en las metasuperficies. La tesis examina la generación de armónicos en dos clases representativas de nanomateriales: nanocapas de semiconductores y metales, y sus correspondientes metasuperficies.. Aunque las geometrías y las estrategias de fabricación difieren entre estos sistemas, su respuesta óptica no lineal puede interpretarse y validarse mediante nuestra metodología experimental teórica combinada, que se aplica a los distintos materiales y geometrías investigadas. Esta aproximación coherente entre plataformas diferentes permite una comprensión sistemática de cómo los electrones libres y ligados, las contribuciones superficiales y los efectos no locales configuran conjuntamente la emisión no lineal a escala nanométrica.Una parte importante es el estudio de metasuperficies plasmónicas, dieléctricas e híbridas plasmónico dieléctricas, junto con la comprensión de las propiedades materiales a escala nanométrica y de la fuerte localización del campo electromagnético que compensa el reducido volumen de interacción. La forma en que surgen estas resonancias, cómo se hibridan y cómo moldean la emisión no lineal ha sido central en el desarrollo de esta investigación. La interacción entre la dispersión del material, la geometría y el acoplamiento electromagnético ha revelado un paisaje rico en fenómenos que conectan regímenes clásicos y emergentes de la nanofotónica.Al unificar la óptica no lineal con la física de materiales a escala nanométrica, este trabajo proporciona una base para el diseño y la optimización de metasuperficies no lineales, convertidores de frecuencia compactos y plataformas fotónicas cuánticas emergentes. Los resultados demuestran que las capas ultradelgadas y las metasuperficies no lineales no son simplemente versiones miniaturizadas de materiales volumétricos, sino sistemas fundamentalmente distintos, gobernados por mecanismos físicos adicionales que dominan en la escala nanométrica. Al integrar teoría, simulación y experimento, este trabajo ofrece tanto claridad conceptual como metodologías prácticas para comprender y diseñar procesos no lineales en dispositivos nanofotónicos de próxima generación.
  

• OBRADOR REY, SERGI: Physics-based state estimation algorithms for battery management systems
  
  Autor/a: OBRADOR REY, SERGI
  Programa: INGENIERÍA AMBIENTAL
  Departamento: Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (DECA)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 18/09/2026
  Fecha de lectura: 29/10/2026
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: CAMPUS BESOSSala Polivalent de l'Edifici A.EEBEAv. Eduard Maristany, 16
  Director/a de tesis: TRILLA ROMERO, LLUÍS | CANALS CASALS, LLUC
  Tribunal:
       PRESIDENT: OYARBIDE URQUIZU, MIKEL
       SECRETARI: AMANTE GARCIA, BEATRIZ
       VOCAL: AUGUST JOHANSSON, SVEN AAKE
  Resumen de tesis: Para lograr una verdadera sostenibilidad, especialmente en el sector de la movilidad eléctrica, es necesario frenar la tendencia de sobredimensionar las baterías y de migrar las capacidades computacionales de los sistemas de gestión hacia entornos basados en la nube. Estas prácticas incrementan significativamente los recursos necesarios para producir y operar dichos sistemas, comprometiendo su alineación con los principios de ecodiseño a los que estas tecnologías deberían adherirse. La solución pasa por maximizar la vida útil y la eficiencia de los recursos ya existentes.El primer paso para lograr un mejor control requiere mejorar los algoritmos de estimación de estado de las celdas dentro de la batería. Por lo tanto, el concepto central de esta tesis consiste en dotar al sistema de gestión de una capacidad basada directamente en la física y la electroquímica de las baterías. En lugar de estimar el estado a partir de datos empíricos procesados externamente, se propone trasladar modelos físicos avanzados a la electrónica integrada de la propia batería. Esto permite que el sistema comprenda, prevea y se adapte a la dinámica interna y al envejecimiento de las celdas en tiempo real y con precisión.Este enfoque logra un control operativo autónomo que previene la degradación prematura desde el interior. En definitiva, la investigación llevada a cabo en esta tesis demuestra que llevar el conocimiento electroquímico directamente a la electrónica integrada de la batería es el paso necesario para convertir estos sistemas en activos energéticos más duraderos, eficientes y mejor alineados con los principios de ecoeficiencia.
  

Fecha de lectura: 30/10/2026

• NI CHUIREAIN, FIONNUALA: Intrinsic Randomness in Quantum Information Theory
  
  Autor/a: NI CHUIREAIN, FIONNUALA
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 24/09/2026
  Fecha de lectura: 30/10/2026
  Hora de lectura: 10:00
  Lugar de lectura: ICFO Auditorium
  Director/a de tesis: ACÍN DAL MASCHIO, ANTONIO
  Resumen de tesis: La imprevisibilidad de la física cuántica da lugar a una forma intrínseca de la aleatoriedad. Esto ocurre cuando una medida se realiza sobre un sistema cuántico. En criptografía, dicha aleatoriedad se cuantifica en virtud de la probabilidad que tiene un espía correlacionado de predecir los resultados de la medida. Esta tesis aborda la siguiente cuestión: dado un cierto estado cuántico y una cierta medida, ¿cuánta aleatoriedad intrínseca se puede generar?.Para empezar, resolvemos la máxima cantidad de aleatoriedad intrínseca de cualquier estado, que corresponde a la medida proyectiva óptima, usando cuatro figuras de mérito: las entropías condicionales min, max y de von Neumann, y la aleatoriedad no ambigua aquí introducida. Esta última describe un espía que nunca se equivoca, pero que a veces da una respuesta inconcluyente. Asumiendo un menor grado de precisión, consideramos también la aleatoriedad dada una tasa fija de resultados no concluyentes. Calculamos estas dos cantidades por cualquier estado y medida proyectiva en dimensión dos. Si la configuración se usa para elegir bases aleatorias en un protocolo ‘preparar y medir' de distribución cuántica de clave, mostramos que la aleatoriedad no ambigua capta cuánto sabe el espía sobre la clave secreta, sin que por ello cause una intrusión detectable.Nos centramos también en las medidas extremas que no son necesariamente proyectivas, aquellas que pueden tener un abanico más amplio de resultados potenciales. Se dice que una medida es imparcial si todos los resultados tienen la misma probabilidad a priori. Caracterizamos la cantidad de aleatoriedad que se genera cuando una medida extrema imparcial de rango uno se realiza sobre cualquier sistema cuántico, resolviendo este problema explícitamente en dimensión dos. Este análisis también sirve para un escenario source-device-dependent, en el que no se confía en el estado. Entre las medidas de este tipo en dimensión dos, la tetraédrica simétrica e informacionalmente completa (SIC) es la que tiene menos aleatoriedad intrínseca. Además, presentamos la familia de medidas SIC sesgadas, y las usamos para mostrar que se pueden generar 2 log d bits de aleatoriedad, que es la cantidad máxima, de manera device-dependent (o source-device-independent) en cualquier dimensión d en la que exista una medida SIC. Finalmente, consideramos el escenario contrario, eligiendo el estado óptimo para generar la máxima cantidad de aleatoriedad con una medida ruidosa que no sea extrema. Solucionamos este problema para dos clases de medida: cualquier medida en dimensión dos con dos resultados potenciales, y las medidas proyectivas afectadas por ruido isotrópico en cualquier dimensión. En una implementación realista, sin embargo, tanto el estado como la medida tendrán ruido. Por ejemplo, consideramos una medida en una base de cualquier dimensión. Comparamos el caso donde solo un aparato está afectado por ruido con el caso en el que los dos lo están, de modo que el espía pueda tener correlaciones conjuntas con el estado y la medida. Dada una cantidad fija de ruido total, hallamos que, contrariamente al típico escenario donde todo el ruido experimental se atribuye a un solo aparato, un espía con correlaciones conjuntas supera estrictamente a un espía correlacionado con un solo aparato, por lo que la seguridad de la aleatoriedad generada se ve comprometida. Se sabe desde el comienzo de la teoría cuántica que los resultados de una medida cuántica son imprevisibles. Con esta tesis, damos un paso hacia la caracterización analítica de la aleatoriedad intrínseca de la física cuántica. A nivel práctico, nuestros resultados ponen límites, bajo ciertas suposiciones, a la funcionalidad de los generadores cuánticos de números aleatorios. A nivel más fundamental, este trabajo nos ofrece una nueva perspectiva de los estados y medidas cuánticas, para que podamos discernir, de entre el vasto panorama al que pertenecen, cuáles son los más aleatorios.