Tribunal:
     PRESIDENT: HUETE RUIZ DE LIRA, CESAR
     SECRETARI: FONT MARTÍNEZ, FRANCESC
     VOCAL: FONT GARCÍA, BERNAT
Resum de tesi: Aquesta tesi aprofundeix en investigar les complexitats de la transferència de calor en fluids supercrítics mitjançant l'aplicació de metodologies teòriques i computacionals avançades. La investigació se centra principalment en la realització de simulacions numèriques directes a gran escala per capturar els intricats comportaments tèrmics d'aquests fluids. Després de les simulacions, s’efectua un anàlisis exhaustiu, que condueix a la generació de correlacions empíriques de transferència de calor adaptades per a fluids transcrítics d'alta pressió. Aquest treball pretén tancar la bretxa entre les prediccions teòriques i les aplicacions pràctiques, oferint valuoses perspectives sobre la dinàmica tèrmica dels sistemes supercrítics. En detall, el treball introdueix mètodes per a simulacions de turbulència compressible en nodes accelerats per GPU, aconseguint acceleracions significatives. A continuació, s'amplia el mètode de compressibilitat artificial per a fluids transcrítics d'alta pressió per millorar l'eficiència computacional. Seguidament, es presenta un conjunt de dades exhaustiu per a canals amb fluids d'alta pressió, facilitant l'anàlisi i el modelatge detallats. Finalment, es desenvolupen noves correlacions de transferència de calor per a fluids transcrítics, oferint una millor precisió per a aplicacions d'enginyeria.El treball s'organitza en sis capítols. El primer capítol introdueix el tipus de fluxos considerats i la metodologia utilitzada per estudiar-los. Els següents quatre capítols formen la part principal de la dissertació, que conté contingut publicat en revistes revisades per experts, sent així en gran part independents amb canvis menors dels articles originals. El capítol final ofereix observacions finals i suggeriments per a futurs treballs. Dos apèndixs inclouen material complementari útil per a la comprensió de la tesi sense interrompre el seu flux principal.En concret, el segon capítol introdueix l'enfocament computacional per a simulacions de turbulència compressible a gran escala sobre nodes heterogenis amb GPU. S'utilitza MPI per a la distribució de nodes i OpenACC per a l'acceleració de la GPU, discutint l'adaptació de la GPU, la gestió de dades, el rendiment del solucionador i l'escalabilitat.El tercer capítol amplia el mètode de compressibilitat artificial per a fluids transcrítics d'alta pressió desacoblant camps de pressió termodinàmics i hidrodinàmics, permetent la modificació d'escales de temps acústiques sense afectar la física de flux.El mètode és computacionalment eficient i inclou una selecció automàtica del factor d'acceleració. Les proves numèriques mostren que pot aconseguir acceleracions per sobre de 10x mentre es manté la precisió en la simulació de fluxos transcrítics d'alta pressió.El quart capítol presenta el primer conjunt de dades de codi obert per estudiar els fluxos de fluids transcrítics d'alta pressió en entorns microconfinats. Inclou 18 simulacions numèriques directes de diòxid de carboni a diverses pressions i velocitats confinat entre dues parets amb temperatures diferents, cobrint règims laminars, transitoris i turbulents.Finalment, el cinquè capítol se centra en correlacions empíriques de transferència de calor, crucials per optimitzar el rendiment tèrmic en aplicacions d'enginyeria com la conversió d'energia i la propulsió. Per tant, aquest estudi pretén desenvolupar noves correlacions per a fluids transcrítics d'alta pressió a baixos nombres de Reynolds, utilitzant dades de 18 simulacions numèriques directes de diòxid de carboni confinat entre dues parets amb temperatures diferents. Aquestes correlacions, basades en els nombres de Reynolds, Prandtl, Eckert i Mach, proporcionen estimacions precises amb errors relatius per sota del 8%, superant les correlacions existents.

Tribunal:
     PRESIDENT: BENITO LÓPEZ, FERNANDO
     SECRETARI: RODRÍGUEZ VILLARREAL, ÁNGELES IVÓN
     VOCAL: BORTOLOTTI, CARLO AUGUSTO
Resum de tesi: Durant l'última dècada, la biosensòrica ha avançat cap a proves Point-of-Care (POC) miniaturitzades i de baix cost. Tot i que la microfluídica s'ha convertit en una tecnologia clau per a les proves POC, la necessitat d'equips perifèrics robusts es un factor limitant per tal d’ampliar la seva utilitat. Manipulant la geometria i les propietats superficials dels microcanals, la microfluídica impulsada per capil·laritat pot controlar els fluids de manera espontània, reduint la necessitat d'instrumentació perifèrica. Gràcies a les tecnologies de fabricació additiva, aquest avantatge és cada cop més accessible ja que s’estan aconseguint uns nivell alts de maduresa que permeten una fabricació robusta i ràpida amb geometries tridimensionals (3D) dins l’escala submilimètrica. Degut això, la microfluídica impulsada per capil·laritat està adquirint més maduresa tecnològica.Un component clau dins del camp de la microfluídica impulsada per capil·laritat és la vàlvula capil·lar. La vàlvula capil·lar pot aturar i accionar automàticament els fluxos de líquids en funció de les interaccions moleculars entre el propi líquid i les superfícies del microcanal. No obstant això, una de les principals preocupacions d'aquestes vàlvules és la presència de difusió i mescles no desitjades durant la utilització de la vàlvula, causant una contaminació creuada entre reactius o fins i tot amb la mostra. Aquesta tesi va estudiar diferents mètodes presents a la literatura per poder parar i accionar el flux, dos dels passos principals d'aquestes vàlvules. Després, sobrepassant l'estat de l’art de la tècnica, es va desenvolupar una nova vàlvula capil·lar que evita la difusió: la vàlvula π. Aquesta vàlvula incorpora una cavitat d’aire entre les solucions per eliminar el contacte i conseqüentment la difusió entre elles. Gràcies a la configuració distintiva de la vàlvula, la capil·laritat del circuit microfluídic desplaça el buit d'aire en un moment predefinit per accionar-se sense produir bombolles al circuit fluídic. Tan el disseny com l'estudi de la vàlvula π proposada es van realitzar mitjançant simulació numèrica i assajos experimentals, mentre que la impressió 3D (3DP) es va utilitzar per fabricar dispositius microfluídics.La funcionalitat de la vàlvula π, sola i en paral·lel, es va provar i comparar amb les vàlvules capil·lars convencionals. Seguidament, es va aplicar pel control precís de solucions durant el procés de biosensòrica, específicament per dos immunoassajos competitius. La seqüència de passos són els següents: (i) post rentat d’un dispositiu de flux lateral de cortisol; (ii) la matriu de 3 vàlvules per seqüenciar l’enviament de mostra i tres reactius per detectar quantitativament les benzodiazepines. La sensibilitat es va millorar un 40% aproximadament, evitant la premescla difusa de reactius degut a la vàlvula π. Com a resultat, la vàlvula capil·lar proposada és un element prometedor per dur a terme immunoassajos automatitzats en proves POC.En conclusió, la nova vàlvula capil·lar soluciona un problema actual de sensibilitat dels biosensors que prové de la premescla difusa de reactius i, juntament amb altres components disruptius del circuit impulsat per capil·laritat, obre camí per miniaturitzar el diagnòstic en un xip sense requerir un laboratori al voltant del xip. En aquest sentit, la propera generació de dispositius microfluídics impulsats per capil·laritat oferiran eines prometedores com: (i) miniaturització de processos de laboratori que necessiten menys mostres i reactius, (ii) proves POC de baix cost sense instrumentació perifèrica, (iii) alt grau d’automatització fent-lo útil d’utilitzar per a usuaris no experts, així com (iv) incrementar sensibilitat, precisió i fiabilitat. Tot això es deu als recents avenços en la microfabricació basada en la fabricació additiva ja que amplia la llibertat de conformació tridimensionals dels dispositius microfluídics.

Tribunal:
     PRESIDENT: HUESO ALONSO, RICARDO
     SECRETARI: ROVIRA GARCIA, ADRIÀ
     VOCAL: CARDESIN MOINELO, ALEJANDRO
Resum de tesi: Les missions d'exploració del Sistema Solar investiguen objectes a l'espai per obtenir informació clau que contribueixi a la nostra comprensió dels orígens i l'evolució del Sistema Solar, així com de la vida. Un objectiu tan ambiciós requereix una feina igualment exigent des del punt de vista científic i tècnic — un esforç que obliga a obtenir grans beneficis científics. En aquest context, la planificació científica juga un paper clau per garantir que la missió obtingui la major quantitat d'informació possible per complir, en última instància, una sèrie d'objectius científics. Aquesta llista d'objectius de la missió pot ser molt extensa i diversa; des de la cerca de vida fins a la identificació de recursos planetaris o l'anàlisi geomorfològica, moltes disciplines convergeixen en aquesta recerca. Per complir aquests objectius, les naus espacials estan equipades amb un variat conjunt d'instruments capaços de realitzar una àmplia gamma d'experiments. Es requereix una planificació exhaustiva per conciliar les operacions dels instruments alhora que es garanteix el rendiment i la seguretat de la nau espacial, així com la viabilitat de transmetre aquesta informació a les estacions de Terra. Aquests requisits i limitacions sovint donen lloc a compromisos entre els subsistemes de la nau espacial, inclosa la càrrega útil. En definitiva, el disseny del pla d'activitats d'una missió per traçar un programa que compleixi eficaçment amb els objectius científics constitueix un problema complex que ha de tenir en compte un ampli espectre d'agents.En aquest context, les eines de software d'observació i planificació de missions han jugat un paper important en les missions espacials — i s'espera que la seva rellevància augmenti en un futur proper. Des del disseny de les observacions instrumentals fins a la gestió global dels recursos de la nau espacial i la programació d'activitats, diverses eines de programari han ajudat enormement en el procés de planificació de missions com Cassini, Dawn o Rosetta. Basant-se en elles, aquest treball presenta el desenvolupament i validació d'un prototip de software dissenyat per agilitzar els processos de planificació científica de les missions d'exploració planetària. El nostre estudi se centra en el disseny d'un pla d'activitats optimitzat per a una càmera òptica, amb l'objectiu de maximitzar el seu rendiment científic alhora que es garanteix l'eficiència de les operacions de la nau.Aquest prototip de software, anomenat Observation Planning Tool for Instrument and Mission Analysis (OPTIMA), consta de dues etapes consecutives. La primera utilitza la trajectòria de la nau espacial per identificar oportunitats d'observació viables basades en restriccions geomètriques derivades dels requisits de mesura dels instruments. Aquestes oportunitats s'utilitzen per restringir l'espai d'exploració a l'etapa següent. En la segona fase s'utilitzen heurístiques d'optimització per desenvolupar plans d'activitat possibles que maximitzin el rendiment científic respectant les restriccions geomètriques i operatives. La modularitat de l'eina permet aplicar diverses heurístiques d'optimització adaptades al problema específic. A més, OPTIMA inclou un component per simular l'observació de les càmeres mitjançant una heurística de mosaic que té com a objectiu assolir la màxima cobertura de les regions d'interès (ROI) en el menor temps possible.Finalment, es demostra l'eficàcia de la metodologia mitjançant casos hipotètics establerts en escenaris realistes. L'algoritme identifica amb èxit plans d'activitat gairebé òptims que compleixen amb les restriccions especificades en tots els casos, demostrant l'eficàcia i adaptabilitat de l'eina en diferents escenaris de missió. En conclusió, OPTIMA mostra un gran potencial per a la planificació científica de missions d'exploració planetària.

Tribunal:
     PRESIDENT: HIDALGO DÍAZ, VICTOR HUGO
     SECRETARI: CASTILLA LOPEZ, ROBERTO
     VOCAL: ZHANG, DESHENG
Resum de tesi: Los recientes avances en maquinaria hidráulica aumentan la posibilidad de daños derivados de la cavitación y/o de las vibraciones inducidas por vórtices. Aunque muchos investigadores han investigado el flujo de las calles de vórtices de Von Kármán y las vibraciones inducidas en regímenes sin cavitación, se ha prestado menos atención a los efectos de la presencia de cavitación. En el presente estudio, se han investigado los efectos de la cavitación en el flujo de la calle de vórtices detrás de un hidroala con borde de fuga truncado y su interacción con la vibración inducida por vórtices. Ello ayudará a comprender los mecanismos implicados, permitiendo un mayor control de este complejo fenómeno en maquinaria y sistemas hidráulicos.Así, se han desarrollado métodos numéricos capaces de dar cuenta del flujo de calle de vórtices cavitante detrás de cuerpos romos que se han validado y verificado utilizando algunos casos de referencia. A continuación, se han determinado los efectos de la compresibilidad del fluido en el flujo de calle de vórtice detrás de una cuña. Además, se han realizado una serie de estudios numéricos sobre el flujo de calle de vórtices cavitante detrás de un hidroala de borde de fuga truncado NACA 0009 mediante la predicción de la transición de la capa límite. Como resultado, se han examinado los efectos de la cavitación en la dinámica del flujo y su interacción con la vibración inducida por vórtices.Se ha comprobado que los efectos de la compresibilidad del fluido en la dinámica del flujo de estela cavitante dependen de la gama de frecuencias. A bajas frecuencias, los efectos de la compresibilidad son mínimos y pueden despreciarse. Por otro lado, la compresibilidad amplifica la energía espectral a altas frecuencias. Curiosamente, se obtienen resultados numéricos casi idénticos con y sin compresibilidad en términos de perfiles de presión media, frecuencias de desprendimiento y campos del porcentaje en volumen instantáneos y medios, lo que sugiere que los efectos de la compresibilidad pueden despreciarse.Mediante simulaciones numéricas de alta fidelidad del flujo de calle de vórtices cavitantes detrás NACA 0009 truncado, se ha observado que la cavitación tiene un impacto significativo en la dinámica del flujo de estela, aumentando notablemente la frecuencia de desprendimiento de los vórtices primarios. Además, el aumento de la cavitación incrementa las cargas hidrodinámicas sobre el hidroala. El desarrollo de la cavitación aumenta la velocidad de advección de los vórtices, al tiempo que disminuye la separación entre vórtices en el sentido de la corriente. Ambos factores contribuyen al aumento de la frecuencia de desprendimiento de los vórtices, mientras que la reducción de la separación entre vórtices tiende a dominar este aumento.Los resultados numéricos relacionados con el flujo de la calle de vórtices cavitantes detrás del NACA 0009 truncado y sometido a una oscilación forzada han demostrado que la respuesta dinámica inducida se ve influida por la presencia de cavitación. La cavitación parece alargar el límite superior del régimen de lock-in y provocar una disminución del momento de inercia añadido y un aumento del amortiguamiento añadido. Además, el instante temporal de desprendimiento de los vórtices cambia con la presencia de cavitación. Por otra parte, la oscilación afecta a la dinámica de la cavitación en términos de inicio de la cavitación y longitud de la cavidad. En general, el coeficiente de inicio de la cavitación aumenta gradualmente con la frecuencia de oscilación forzada. Mientras tanto, la aproximación a los límites del lock-in provoca disminuciones locales en los números de inicio de cavitación. Además, la longitud de la estela de cavitación se ve influida por la variación de la frecuencia de oscilación, y la longitud máxima de la estela de cavitación se produce en condiciones estacionarias.

Tribunal:
     PRESIDENT: TALBOT, JAMES PETER
     SECRETARI: PÀMIES GÓMEZ, TERESA
     VOCAL: PADRON HERNANDEZ, LUIS ALBERTO
Resum de tesi: El desarrollo de metodologías prácticas, precisas y eficientes desde el punto de vista computacional son muy requeridas por ingenieros en ejercicio para así ayudar a una mejor comprensión de la interacción dinámica suelo-estructura y para la predicción de niveles de vibración del suelo en las proximidades de fuentes de vibración inducidas por el hombre, ya que estos niveles de vibración pueden causar efectos perjudiciales en edificaciones aledañas como a sus ocupantes. Esta tesis tiene como objetivo desarrollar un enfoque práctico que requiera bajos recursos computacionales para simular con precisión la respuesta de sistemas pilote-suelo y que esté destinado a ser relativamente simplista en su formulación. Por lo tanto, en la presente tesis se presenta un enfoque tridimensional eficiente y completamente acoplado para resolver problemas de interacción pilote-suelo, así como su validación numérica y experimental. El enfoque propuesto utiliza las teorías clásicas barra y viga de Euler-Bernoulli para modelar el pilote. El suelo, en presencia de la cavidad correspondiente del pilote, se modela como un semi-espacio elástico empleando una metodología emergente que no requiere definir un mallado y que aproxima los estados desconocidos dinámicos del suelo a combinaciones lineales de la solución fundamental del medio. Así, esta metodología, denominada como el método de contornos singulares, se adapta en esta tesis para abordar tridimensionalmente problemas elastodinámicos. El modelo propuesto de cimentación con pilotes permite tener en cuenta los movimientos rotativos del pilote, así como también los efectos inducidos por momentos flectores en la interacción pilote-suelo, además su contribución a la precisión de resultados es evaluada. Para lograr unequilibrio aceptable entre la precisión de resultados y el rendimiento numérico de la metodología, también se propone un criterio para definir el esquema de discretización. La robustez del enfoque se estudia en el contexto de sistemas de pilotes individuales y grupos de pilotes, este último con y sin la conexión a su respectivo encepado, donde se discute la relevancia de incluir movimientos torsionales en su acoplamiento a los pilotes. Comparaciones con enfoques existentes muestran que la formulación proporciona ventajas computacionales sólidas sobre enfoques de modelado detallado, como aquellos métodos tridimensionales basados en el método de elementos finitos-elementos de contorno, además de superar las limitaciones fundamentales de los métodos de deformación plana y axisimétricos. Finalmente, se llevaron a cabo una serie de pruebas experimentales en una cimentación de pilote única a escala real y un sistema de grupo de pilotes 2x2 incrustados en un suelo estratificado para así validar experimentalmente la metodología propuesta.

Tribunal:
     PRESIDENT: GÓMEZ GRAS, GIOVANNI
     SECRETARI: NESCOLARDE SELVA, LEXA DIGNA
     VOCAL: ABAD ROLDAN, MANUEL DAVID
Resum de tesi: En aquesta tesi s'ha avaluat el comportament mecànic de peces fabricades mitjançant Modelat per Extrusió de Material (MEX), utilitzant un copolímer d'àcid polilàctic (PLA) i polihidroxibutirat (PHB), comercialment conegut com a NonOilen. L'objectiu va ser analitzar com l'addició del PHB afecta les propietats mecàniques del PLA i com els paràmetres d'impressió influeixen en aquestes propietats. Per fer-ho, es van fer assajos de compressió i fatiga rotativa, utilitzant la metodologia de disseny d'experiments per optimitzar aquests paràmetres.A més, es va comparar el rendiment del NonOilen amb PLA pur i amb Timberfill, un material compost de PLA-fusta. També es va estudiar el comportament viscoelàstic del NonOilen, i es van ajustar les dades experimentals a un model viscoelàstic basat en una sèrie de Prony de tres termes, per tal d'avaluar-ne la influència en el mòdul de Young aparent.Els resultats van mostrar que, encara que l'addició de PHB redueix la rigidesa i la resistència del material en comparació amb el PLA pur, en millora la resistència a l'impacte i en disminueix la fragilitat. L'optimització dels paràmetres d'impressió, com ara el diàmetre de l'extrusor i la densitat de ompliment, va ser fonamental per maximitzar el rendiment mecànic del material. El disseny d'experiments permet identificar configuracions d'impressió òptimes per a diferents aplicacions. Per exemple, per aconseguir alta resistència a la compressió, la millor configuració va ser una petita alçada de capa i un gran diàmetre d'extrusor, mentre que, per a més resistència a la fatiga, es van recomanar alçades més grans de capa i velocitats d'impressió més baixes.L'estudi del comportament viscoelàstic del NonOilen va subratllar la importància de seleccionar l'orientació d'impressió adequada per maximitzar la durabilitat de les peces. Pel que fa a la comparació amb PLA pur, aquest últim va demostrar tenir una major resistència als assajos de compressió i fatiga, amb un mòdul de Young un 35% més gran i un límit elàstic un 40% superior al de NonOilen. Tot i això, l'addició de PHB va fer al NonOilen més resistent a l'impacte i menys fràgil, sent més apropiat per a aplicacions que requereixen absorció d'energia.En els assajos de fatiga rotativa, les corbes de Wöhler d'ambdós materials van mostrar diferències a causa de l'estructura copolímera de NonOilen, la resistència de la qual a la fatiga va resultar inferior a la del PLA pur. Tot i així, la seva major resistència a la deformació el fa competitiu en aplicacions on es prioritzi la tenacitat.En comparar NonOilen amb Timberfill, es va observar que NonOilen va superar Timberfill en rigidesa i resistència, presentant un mòdul de Young un 20% més gran i un límit elàstic un 35% superior. No obstant això, Timberfill va resistir més cicles de càrrega als assajos de fatiga rotativa, cosa que suggereix que aquest material és més adequat per a situacions que exigeixin més durabilitat davant de càrregues cícliques.En resum, encara que el PLA pur va presentar millors resultats en rigidesa i resistència, la combinació de PHB i PLA a NonOilen ofereix un equilibri interessant, millorant la resistència a l'impacte i reduint la fragilitat. L'optimització dels paràmetres d'impressió és essencial per ajustar les propietats del material a les necessitats específiques de cada aplicació.Finalment, el treball realitzat en aquesta tesi ha permès no només caracteritzar les propietats mecàniques del NonOilen en comparació amb altres materials comercials, sinó també destacar-ne la viabilitat com una alternativa ecològica i competitiva, especialment en aplicacions on es prioritzen la biodegradabilitat i la resistència a l'impacte . Les millores introduïdes en els mètodes d'anàlisi viscoelàstic i en el procés d'optimització de la impressió 3D han contribuït a una entesa millor del comportament del material sota diferents condicions d'ús.

Tribunal:
     PRESIDENT: CORTESÃO GODINHO, LUIS MANUEL
     SECRETARI: CLOT RAZQUIN, ARNAU
     VOCAL: DENIA GUZMÁN, FRANCISCO DAVID
Resum de tesi: Las metodologías sin malla se han convertido en una herramienta valiosa en el campo de la acústica computacional,ofreciendo un enfoque eficiente para modelar fenómenos acústicos complejos. Estas innovadoras técnicas numéricasofrecen una alternativa prometedora a los métodos tradicionales basados en mallas para abordar los problemas dedifracción y propagación de ondas acústicas. A diferencia de los enfoques convencionales basados en mallas, los métodossin malla no se basan en subdivisiones estructuradas del dominio o sus límites, lo que permite una discretización másflexible y adaptable. La ausencia de una malla elimina la necesidad de generar y refinar la misma, proceso quehabitualmente atañe un coste de ingeniería elevado, lo que simplifica el proceso de simulación y, en algunos casos, reduceel esfuerzo computacional. La eficiencia de estos métodos es especialmente valiosa al abordar simulaciones acústicas agran escala, como las que se encuentran en las evaluaciones de ruido ambiental y la acústica subacuática.Esta disertación se centra particularmente en el estudio y desarrollo de un nuevo grupo de métodos numéricos sin mallarelacionados con enfoques de colocación en los contornos de los dominios de estudio. Especialmente, estos métodosestan pensados para abordar problemas relacionados con la propagación de ondas acústicas en dominios ilimitados. Losenfoques presentados en esta investigación ofrecen varios beneficios con respecto a las metodologías existentes, entérminos de robustez, precisión y eficiencia computacional. Además, a diferencia de un análisis completamentetridimensional, los enfoques presentados en esta disertación se formulan en el dominio de las dos dimensiones y media.Este dominio es particularmente adecuado para escenarios donde el sistema está sujeto a cargas o fuentes que semueven longitudinalmente y donde la geometría del sistema permanece longitudinalmente invariante.Las metodologías sin malla desarrolladas en esta tesis se basan principalmente en dos de los métodos sin malla másasentados en el campo: el método de la frontera singular y el método de las soluciones fundamentales. En primerainstancia, se propone y estudia un enfoque basado en una versión dos-y-medio-dimensional del método de la fronterasingular para abordar problemas de radiación y difracción acústicas. Posteriormente, se evalúa su aplicabilidad enescenarios acústicos reales mediante simulaciones de la difracción de una fuente puntual en presencia de barrerasacústicas delgadas. Siendo probablemente la novedad más significativa de esta tesis, se introduce un método híbrido quecombina el método de la frontera singular y el método de las soluciones fundamentales. Está diseñado específicamentepara abordar problemas de propagación de ondas acústicas a partir de contornos que presentan geometrías complejas,con esquinas y bordes afilados. Finalmente, se proponen dos técnicas para mejorar el método en el método de fronterasingular desarrollado en esta tesis. Estas técnicas se basan en la formulación de Burton-Miller en un primer caso y unesquema de superficie dual en el segundo y tienen como objetivo mitigar el problema de los modos espurios, tan conocidoen los métodos de colocación en frontera. Para evaluar de manera integral las capacidades y el rendimiento de los métodossin malla propuestos, se compara el desempeño de los métodos propuestos con los resultados ofrecidos por solucionesanalíticas disponibles y/o estrategias numéricas alternativas en el marco de varios ejemplos de cálculo.

Tribunal:
     PRESIDENT: DEL COZ DÍAZ, JUAN JOSÉ
     SECRETARI: VELAZQUEZ AMEIJIDE, JUAN
     VOCAL: CITO, SALVATORE
Resum de tesi: Les estructures d'acer tipus CBF es consideren eficients per resistir forces laterals pel fet que subministren una resistència i rigidesa lateral elevada, la qual cosa és particularment beneficiós en zones sísmiques. No obstant això, aquesta tipologia d'estructura posseeix una sobre-resistència important que no és considerada durant el disseny de la fonamentació, la qual cosa pot conduir a l'aixecament de sabates ubicades per sota dels membres arriostrats i propiciar mecanismes de balanceig. D'altra banda, els fenòmens d'interacció sòl-estructura (ISE) generalment no són considerats en anàlisi d'exercici d'estructures noves o existents. En aquesta investigació s'avalua la influència que té evidenciar els fenòmens d'ISE en la resposta sísmica de pòrtics d'acer arriostrats concèntricament (CBF), considerant per això la resposta no lineal de sabates embegudes utilitzant l'enfocament BNWF. Per modelar el comportament tensió-desplaçament vertical de les sabates, és possible definir una corba de resposta total que s'obté de combinar en sèrie el comportament de la zona de compressió i la de tracció. Quan s'evidencia l'aixecament de la fonamentació, es demostra que cal considerar les tensions horitzontals del sòl nadiu in situ i el grau de compactació del farciment per sobre de la sabata per evitar desviacions significatives entre els resultats de l'anàlisi i la resposta real. La zona de tracció en les corbes de resposta s'ha calibrat tenint en compte aquests paràmetres, i atesa la dificultat associada al seu calibratge, es reporten estimacions que poguessin ser utilitzades com a referència en aplicacions pràctiques. La implementació s'ha validat mitjançant diferents anàlisis estàtiques no lineals sobre un arquetip de CBF d'acer assajat originalment en condició de base rígida, i s'han realitzat prediccions per a condició de base flexible considerant diferents tipus de sòl i diferents profunditats d'encastat (Df) de sabates. Els resultats demostren que hi ha una relació directa entre la resposta estàtica no lineal de pòrtics d'acer CBF i el mecanisme d'aixecament de les sabates embegudes, i la profunditat Df i la forma de la corba tracció-desplaçament són les variables que majoritàriament influeixen en la resposta. El model ha estat incorporat en processos d'anàlisi temps-història considerant registres sísmics de terratrèmols reals sobre un arquetip d'acer del tipus CBF àmpliament conegut, evidenciant de manera conjunta la no linealitat de la superestructura i del sistema sòl-fonamentació. Els resultats obtinguts suggereixen que, en analitzar el mecanisme de resposta de pòrtics d'acer CBF en condició de base flexible no lineal, és possible reportar variacions a la seqüència de cedència de la superestructura respecte a la condició de base rígida. Es reporta que la profunditat de desplantament de la sabata, en estar directament relacionada amb la magnitud de la rigidesa a l'aixecament de la fonamentació, és capaç de modificar la resposta global de la superestructura. D'altra banda, el mecanisme de resposta cíclica de la fonamentació determina un procés de dissipació d'energia per esmorteïment histerètic que es reflecteix en una reducció de força sísmica sobre el sistema d'arriostrament de l'estructura. D'aquesta manera, el mecanisme de dissipació d'energia a causa de resposta vertical és molt més eficient per als suports situats sota els pòrtics arrossegats en comparació amb aquelles sabates situades sota pilars no arriostrats, i l'efecte és molt més evident en sòls tous o solts. La metodologia proposada es pot aplicar tant en processos d'anàlisi estàtica com dinàmica, amb la finalitat d'efectuar prediccions de comportament més realistes en processos d'avaluació d'acompliment d'estructures recolzades sobre sabates embegudes, particularment en el cas d'estructures d'acer CBF.

Tribunal:
     PRESIDENT: SAN JOSÉ LOMBERA, JOSÉ TOMÁS
     SECRETARI: VALLS VIDAL, CRISTINA
     VOCAL: BARRIS PEÑA, CRISTINA
Resum de tesi: L'objectiu principal d'aquesta tesi és revelar el potencial de la canemuixa, un subproducte agrícola que actualment mancad'aplicacions pràctiques. L'objectiu general és promoure l'ús de materials respectuosos amb el medi ambient, reduir elsresidus, fer èmfasi en la capacitat de reciclatge i abraçar els principis d'una economia circular, tot mentre es combat el canviclimàtic mitjançant l'adopció de materials més sostenibles en lloc dels sintètics.Per assolir aquests objectius, es va dur a terme una exhaustiva revisió de la literatura existent per explorar el potencial encarano aprofitat de la canemuixa. Es van identificar cinc possibles aplicacions: materials aïllants acústics i tèrmics, taulellsaglomerats, cassetons i parquet. La investigació posterior es va centrar en identificar aglutinants d'origen vegetal adequats itècniques de fabricació respectuoses amb el medi ambient.Després, es va dur a terme una investigació inicial experimentant amb diversos materials i mètodes de fabricació per determinarquina de les cinc aplicacions tenia més potencial. Els resultats van ser especialment esperançadors pels materials aïllants, tot ique els cassetons també van mostrar un gran potencial. Els materials aïllants utilitzen cartró reciclat com a aglutinant i emprenmètodes de fabricació amb un consum mínim d'energia durant la mescla i l'assecat, la qual cosa dóna lloc a baixes emissions decarboni i materials sostenibles.Un cop seleccionat el material, es van fer esforços per millorar-ne les propietats. Això va implicar la incorporació d'un revestimentd'origen vegetal (goma aràbiga i colofònia) per proporcionar protecció i la introducció d'un agent de reticulació (àcid cítric) perreforçar la durabilitat i les propietats del material. Aquestes addicions van ser avaluades a través d'una sèrie de provesrelacionades amb l'aïllament tèrmic i acústic, les característiques mecàniques, la resistència a l'aigua, la resistència al foc, il'espectroscòpia FTIR.Per validar el rendiment del material, es van dur a terme proves de durabilitat que van exposar mostres a cicles d'humitat durant0, 3, 6 i 9 mesos, juntament amb una anàlisi del cicle de vida a petita escala. El resultat final va ser un material amb propietatsd'aïllament tèrmic superiors a les alternatives comercials, tot i que amb un rendiment lleugerament inferior en l'aïllament acústic.Cal destacar que l'àcid cítric millorava marginalment la durabilitat del material. A més, es va determinar que es podrienseleccionar diferents revestiments segons l'entorn d'aplicació, optimitzant així propietats específiques.

Tribunal:
     PRESIDENT: HOUDE, SEBASTIEN
     SECRETARI: VALENTIN RUIZ, DAVID
     VOCAL: ALVAREZ ALVAREZ, EDUARDO
Resum de tesi: Els reptes ambientals actuals han impulsat la importància de les energies renovables arreu del món. Per tant, les plantes de generació solar i eòlica, sobretot, s’han popularitzat i integrat cada vegada més a la xarxa elèctrica. Encara que aquestes plantes han incrementat la capacitat de generació a nivell mundial, la seva naturalesa intermitent ha generat la necessitat de mecanismes reguladors que permetin mantenir un subministrament d’energia constant a la xarxa. En aquest àmbit, les plantes hidroelèctriques han desempenyat un paper crucial en la regulació de l’energia total que es subministra a la xarxa elèctrica. Gràcies a la seva ràpida resposta i la seva capacitat per treballar en un rang d’operació estès, les turbines hidràuliques s’han utilitzat per generar i emmagatzemar energia disponible (com en el cas de les centrals reversibles) en funció de la demanda energètica.Per regular l’energia que necessita la xarxa, les unitats han d’operar fora de condicions de disseny i pasar per freqüents cicles d’arrencades i aturades. Així, les màquines se sotmeten a intenses pulsacions de pressió a causa d'inestabilitats hidràuliques transitòries i excitacions periòdiques com les interaccions rotor-estator. Això pot provocar ressonàncies en estructures crítiques de la turbina, com el rodet, resultant en falles mecàniques causades per fatiga estructural. Per evitar aquests problemes, és de molta importància tenir un coneixement precís del comportament modal d’aquestes estructures. No obstant, això implica l’anàlisi de fenòmens complexos, com la influència de fluids densos i viscosos, condicions de contorn i característiques estructurals sobre els paràmetres modals de l’estructura i enfrontar els reptes que puguin aparèixer durant l’anàlisi. En aquesta tesi, el comportament modal estructural de turbines hidràuliques de reacció és estudiat mitjançant l’anàlisi de paràmetres modals d’estructures simples i rodets de prototips reals. Primer, s’examina la influència de l’amplitud de vibració i el confinament en l’amortiment d’un rodet en ressonància. Per això, es realitza una anàlisi experimental i teòric de la influència de l’amplitud de vibració en l’amortiment afegit pel fluid en un disc submergit en presència d’una paret rígida propera. Es dóna una explicació i formulació analítica per al complex mecanisme de dissipació d’energia. En segon lloc, es caracteritzen els modes propis de rodets amb pales similars a turbines Kaplan. Aquest estudi inclou una anàlisi numèric i experimental dels modes propis de rodets, considerant discs simples i amb pales. Posteriorment, s’examina la relació entre les característiques dels modes propis globals i el nombre de pales de l’estructura. Finalment, es contrasten els resultats numèrics del disc amb pales amb resultats experimentals d’un impulsor. Tant els modes propis globals com locals de l’impulsor són discutits en aquesta secció. Per últim, s’analitza un cas real d’una turbina en funcionament. En aquest cas, la turbina presentava fortes vibracions i soroll durant la seva posada en marxa. Per aquest estudi, s’analitzen les freqüències i modes propis de la màquina experimentalment i numèricament. Per determinar l’origen de les vibracions, també es realitza una anàlisi de transmissibilitat a diferents punts de la màquina. Finalment, es realitzen proves en funcionament per identificar el punt en què comencen a augmentar els nivells de vibració i soroll. L’efectivitat de l’estratègia proposada, juntament amb la importància de les tècniques experimentals utilitzades, com el test de transmissibilitat, es demostra a través d’un cas real. Es troba la causa del problema i es proposa i implementa una solució. La present tesi es basa en tres treballs publicats durant el seu període de desenvolupament, en revistes científiques indexades al primer i segon quartil del JCR. Els detalls d’aquests articles s’expliquen al llarg de la tesi i s’adjunten al final d’aquesta.

Tribunal:
     PRESIDENT: KAUSHIK, AJEET
     SECRETARI: CUSOLA AUMEDES, ORIOL
     VOCAL: WESTERBERG, LARS-GÖRAN
Resum de tesi: Aquesta tesi doctoral va sorgir de la necessitat de dissenyar nous dispositius que permetin un millor control de la qualitat d'aire interior en els vehicles. En els últims anys, i especialment després de la COVID-19, la qualitat d'aire a l'interior dels vehicles s'ha convertit en una necessitat essencial per a la majoria de clients i operadors de flotes. Encara que la qualitat d'aire s'ha estudiat abastament en sectors com el de la construcció, aquest tema no ha estat tractat amb profunditat per la majoria de fabricants d'automòbils a Europa. Tradicionalment, els sistemes de ventilació a la demanda han utilitzat la concentració de diòxid de carboni (CO2) per regular la qualitat d'aire en espais interiors. De totes maneres, a l'interior dels vehicles, la concentració dels anomenats compostos orgànics volàtils (COVs) també pot suposar un risc real per a la salut i el confort de les persones. Per tant, sembla essencial haver de complementar els detectors de CO2 amb sensors de COVs efectius, que assegurin unes condicions òptimes de qualitat d'aire en tot moment. En la nova era de la connectivitat, els vehicles incorporen desenes de sensors en la seva arquitectura. Per aquest motiu, reduir els costos associats a la fabricació i operació de nous dispositius de control ha esdevingut en un requisit fonamental per tal de poder justificar la seva implementació. En aquest context, els avenços recents en tècniques de micro-fabricació i la ciència de nous materials, han permès crear sensors de COVs cada vegada més sensibles, compactes i rentables. Tot i així, el rendiment d'alguns d'aquests dispositius segueix lligat a alts nivells de consum energètic durant el seu funcionament. En paral·lel, segueix essent necessari millorar les prestacions dels sensors actuals perquè aquests no només tinguin una alta sensibilitat, sinó també un cert grau de selectivitat en entorns amb múltiples COVs.Aquesta tesi se centra en el disseny, la fabricació i la implementació d'un nou dispositiu per al control de COVs a l'interior dels vehicles. Els resultats demostren la idoneïtat d'integrar un sensor de gasos i un canal microfluídic, que exploten les propietats úniques dels polímers per a la detecció sensible i selectiva de COVs a temperatura ambient. En primer lloc, aquest treball avalua la resposta d'un sensor de gasos recobert amb capes fines de polímer simples i híbrides. La addició de nanopartícules de carboni dins del polímer no només contribueix a augmentar la sensibilitat y els temps de resposta del sensor, sinó també a millorar la selectivitat de les capes polimèriques. En segon lloc, aquest treball avalua la resposta d'un canal microfluídic per a la separació i classificació de diferents COVs en una mescla. Els resultats obtinguts indiquen que l'espessor del polímer és una propietat crítica per a la sensibilitat i selectivitat dels diferents dispositius fabricats respectivament. En general, les capes més gruixudes contribueixen a optimitzar la resposta del sensor i el canal microfluídic. La compatibilitat química entre els COVs i el polímer és també molt important en el rendiment d'ambdós dispositius. Per això, aquesta tesi proposa una metodologia, basada en els paràmetres de solubilitat de Hansen, que pot ajudar a avaluar i preveure la resposta de les capes polimèriques en el futur. Finalment, aquesta tesi descriu la implementació d'un sistema de control de la qualitat d'aire, que mesura de forma efectiva els nivells de CO2 i COVs a l'interior de diferents vehicles. Una sèrie de proves pilot validen que el control de COVs és rellevant per l'experiència del client i el control adequat de la qualitat d'aire. Les activitats realitzades també ajuden a definir com ha de ser la integració d'aquest sistema amb el vehicle i el seu entorn. És la primera vegada que s'investiguen els dispositius presentats en aquesta tesi per a la seva implementació en vehicles, el que denota l'originalitat i el potencial que té aquest treball.

Tribunal:
     PRESIDENT: GUSTAFSSON, ROLF
     SECRETARI: GAMEZ MONTERO, PEDRO JAVIER
     VOCAL: HUANG, XINGXING
Resum de tesi: L’entrada de fonts energètiques intermitents i no predictibles, com la solar i l’eòlica, a la xarxa elèctrica, força les turbineshidràuliques a treballar amb més freqüència a fora de disseny. Sota aquestes condicions, és necessari investigar la predicció del dany estructural generat per inestabilitats del flux a turbines hidràuliques. Per aquesta raó, la present tesis doctoral caracteritza la rotating vortex rope i les vaneless space vortex structures, estudia els coeficients modals afegits pel fluid que envolta rodets i quantifica el dany per fatiga generat a les seves pales. Per això, s’han fet mesures experimentals de deformació, força, parell, pressió, desplaçament i acceleració a sobre components rotatius i estacionaris d’una turbina model Kaplan operada a càrrega parcial, speed-no-load i durant rampes. Les mesures es van analitzar al domini temporal i freqüencial així com utilitzant una nova metodologia experimental per determinar el dany per fatiga a les pales del rodet. També, es varen desenvolupar dos nous mètodes per calcular fatiga que només utilitzen mesures de deformació de l’eix i de components estacionaris. A més a més, nous models numèrics i experimentals combinats amb equacions analítiques es varen utilitzar per investigar els coeficients modals afegits de rotors parcialment submergits dins aigua. La present tesis doctoral conclou que speed-no-load i especialment amb cavitació és la condició que genera més dany a les turbines, que la fatiga generada sobre pales de rodets pot ser calculada amb mesures a l’eix i que les respostes rotor dinàmiques depenen de l’aigua que envolta el rodet, de la velocitat de rotació i de l’acceleració i direcció de rampes.

Tribunal:
     PRESIDENT: GRILLO DOLSET, MARIA JESUS
     SECRETARI: ESCALER PUIGORIOL, FRANCESC XAVIER
     VOCAL: VERNET PEÑA, ANTON
Resum de tesi: Els mètodes actuals utilitzats en l'anàlisi de la qualitat microbiològica es basen en l'ús de mètodes tradicionals i manuals, com el mètode de la sembra en massa. La necessitat de realitzar més anàlisi de matrius diferents fa necessari millorar aquests mètodes. Per això, aquesta tesi es centra en el disseny de sistemes en els quals es disminueixi el treball manual dels tècnics de laboratori.Per a complir amb l'objectiu principal, aquesta tesi s'ha dividit en dues matèries, la microbiologia i l'enginyeria mecànica i de fluids. La unió d'aquests dos camps és essencial per a aconseguir i satisfer aquesta necessitat.El punt de partida de la microbiologia es va centrar en la separació dels medis de cultiu en les seves diferents fases. Aquesta separació permetria tant un manteniment més fàcil dels medis com un dosatge més senzill d'aquests. A més, es van realitzar estudis i es va establir un protocol per a l'esterilització dels medis de cultiu en un forn microones.Mitjançant dinàmica de fluids computacional (CFD), es van realitzar estudis per a dissenyar un homogeneïtzador estàtic de manera que el medi de cultiu es barregés completament en ser abocat en les plaques. A més, es va dissenyar un dispositiu amb el qual fos possible el dosatge del medi de cultiu, una vegada separat en els seus components.Els resultats favorables obtinguts tant als estudis microbiològics com als d'enginyeria demostren que és possible un sistema d'automatització del mètode de sembra en massa. Per això, es continuarà amb el desenvolupament d'aquesta nova línia de recerca, ja que aquest estudi és només el punt de partida per al desenvolupament d'aquest sistema.