Tribunal:
     PRESIDENT: HUETE RUIZ DE LIRA, CESAR
     SECRETARI: FONT MARTÍNEZ, FRANCESC
     VOCAL: FONT GARCÍA, BERNAT
Resumen de tesis: Esta tesis se centra en la investigación de las complejidades de la transferencia de calor en fluidos supercríticos mediante la aplicación de metodologías teóricas y computacionales avanzadas. La investigación se focaliza principalmente en realizar simulaciones numéricas directas a gran escala para capturar los comportamientos térmicos de estos fluidos. Tras las simulaciones, se lleva a cabo un análisis exhaustivo que conduce a la generación de correlaciones empíricas de transferencia de calor, adaptadas para fluidos transcríticos a alta presión. Este trabajo tiene como objetivo cerrar la brecha entre las predicciones teóricas y las aplicaciones prácticas, ofreciendo valiosas perspectivas sobre la dinámica térmica de los sistemas supercríticos.En detalle, el trabajo introduce métodos para simulaciones de turbulencia compresible en nodos acelerados por GPU, logrando importantes aceleraciones. A continuación, se extiende el método de compresibilidad artificial para fluidos transcríticos de alta presión para mejorar la eficiencia computacional. Seguidamente, se presenta un conjunto de datos exhaustivo para flujos de fluidos a alta presión en canales, lo que facilita un análisis y modelado detallado. Finalmente, se desarrollan nuevas correlaciones de transferencia de calor para fluidos transcríticos, ofreciendo una mayor precisión para aplicaciones de ingeniería.El trabajo está organizado en seis capítulos. El primer capítulo introduce el tipo de flujos considerados y la metodología utilizada para estudiarlos. Los siguientes cuatro capítulos constituyen el núcleo de la disertación, conteniendo contenido publicado en revistas revisadas por expertos, siendo en gran medida independientes con cambios menores respecto a los artículos originales. El capítulo final ofrece comentarios finales y sugerencias para trabajos futuros. Dos apéndices incluyen material complementario útil para comprender partes de la tesis sin interrumpir su flujo principal.Específicamente, el segundo capítulo introduce el enfoque computacional para simulaciones de turbulencia compresible a gran escala en nodos heterogéneos con GPUs. Se utiliza MPI para la distribución de nodos y OpenACC para la aceleración en GPU, discutiendo la adaptación a GPU, la gestión de datos, el rendimiento del solucionador y la escalabilidad. El tercer capítulo amplía el método de compresibilidad artificial para fluidos transcríticos de alta presión al desacoplar los campos de presión termodinámica e hidrodinámica, permitiendo la modificación de las escalas de tiempo acústicas sin afectar la física del flujo. El método es computacionalmente eficiente e incluye una selección automática del factor de aceleración.El cuarto capítulo introduce el primer conjunto de datos integral y de código abierto para el estudio de flujos de fluidos transcríticos a alta presión en entornos microconfinados. El conjunto de datos captura la trayectoria transcrítica del fluido a través de la región de pseudo-ebullición y ofrece cantidades físicas detalladas para un análisis paramétrico exhaustivo, con el objetivo de mejorar el estudio y modelado de la dinámica de fluidos transcríticos de alta presión en microfluidos.Finalmente, el quinto capítulo se centra en las correlaciones empíricas de transferencia de calor, cruciales para optimizar el rendimiento térmico en aplicaciones de ingeniería como la conversión de energía y la propulsión. Este estudio tiene como objetivo desarrollar nuevas correlaciones para fluidos transcríticos de alta presión a bajos números de Reynolds, utilizando el conjunto de datos creado anteriormente. Se derivan seis correlaciones, abarcando regiones similares a líquidos fríos y gases calientes a lo largo de flujos laminares, transicionales y turbulentos. Estas correlaciones, basadas en los números de Reynolds, Prandtl, Eckert y Mach, proporcionan estimaciones precisas con errores relativos por debajo del 8%, superando las correlaciones existentes.

Tribunal:
     PRESIDENT: BENITO LÓPEZ, FERNANDO
     SECRETARI: RODRÍGUEZ VILLARREAL, ÁNGELES IVÓN
     VOCAL: BORTOLOTTI, CARLO AUGUSTO
Resumen de tesis: 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
Resumen de tesis: Las misiones de exploración del Sistema Solar investigan objetos en el espacio para obtener información clave que contribuya a nuestra comprensión de los orígenes y la evolución del Sistema Solar, así como de la vida. Un objetivo tan ambicioso requiere un trabajo igual de exigente desde el punto de vista científico y técnico—un esfuerzo que compele a obtener grandes beneficios científicos. En este contexto, la planificación científica desempeña un papel clave para garantizar que la misión obtenga la mayor cantidad de información posible para cumplir, en última instancia, una serie de objetivos científicos. Esta lista de objetivos de la misión puede ser muy extensa y diversa; desde la búsqueda de vida hasta la identificación de recursos planetarios o el análisis geomorfológico, muchas disciplinas confluyen en esta búsqueda. Para cumplir estos objetivos, las naves espaciales están equipadas con un variado conjunto de instrumentos capaces de realizar una amplia gama de experimentos. Se requiere una planificación exhaustiva para conciliar las operaciones de los instrumentos al tiempo que se garantiza el rendimiento y la seguridad de la nave espacial, así como la viabilidad de transmitir esta información a las estaciones en Tierra. Estos requisitos y limitaciones a menudo dan lugar a compromisos entre los subsistemas de la nave espacial, incluida la carga útil. En definitiva, el diseño del plan de actividades de una misión para trazar un programa que cumpla eficazmente con los objetivos científicos constituye un problema complejo que debe tener en cuenta un amplio espectro de agentes.En este contexto, las herramientas de software de observación y planificación de misiones han desempeñado un papel importante en las misiones espaciales—y se espera que su relevancia aumente en un futuro próximo. Desde el diseño de las observaciones instrumentales hasta la gestión global de los recursos de la nave espacial y la programación de actividades, diversas herramientas de software han ayudado enormemente en el proceso de planificación de misiones como Cassini, Dawn o Rosetta. Basándose en ellas, este trabajo presenta el desarrollo y validación de un prototipo de software diseñado para agilizar los procesos de planificación científica de las misiones de exploración planetaria. Nuestro estudio se centra en el diseño de un plan de actividades optimizado para una cámara óptica, con el objetivo de maximizar su rendimiento científico al tiempo que se garantiza la eficiencia de las operaciones de la nave.Este prototipo de software, denominado Observation Planning Tool for Instrument and Mission Analysis (OPTIMA), consta de dos etapas consecutivas. La primera utiliza la trayectoria de la nave espacial para identificar oportunidades de observación viables basadas en restricciones geométricas derivadas de los requisitos de medición de los instrumentos. Estas oportunidades se utilizan para restringir el espacio de exploración en la etapa siguiente. En la segunda fase se utilizan heurísticas de optimización para desarrollar posibles planes de actividad que maximicen el rendimiento científico respetando las restricciones geométricas y operativas. La modularidad de la herramienta permite aplicar diversas heurísticas de optimización adaptadas al problema específico. Además, OPTIMA incluye un componente para simular la observación de las cámaras mediante una heurística de mosaico que tiene como objetivo lograr la máxima cobertura de las regiones de interés (ROI) en el menor tiempo posible.Por último, se demuestra la eficacia de la metodología mediante casos hipotéticos establecidos en escenarios realistas. El algoritmo identifica con éxito planes de actividad casi óptimos que cumplen con las restricciones especificadas en todos los casos, lo que demuestra la eficacia y adaptabilidad de la herramienta en diferentes escenarios de misión. En conclusión, OPTIMA muestra un gran potencial para la planificación científica de misiones de exploración planetaria.

Tribunal:
     PRESIDENT: HIDALGO DÍAZ, VICTOR HUGO
     SECRETARI: CASTILLA LOPEZ, ROBERTO
     VOCAL: ZHANG, DESHENG
Resumen de tesis: 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
Resumen de tesis: 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
Resumen de tesis: En esta tesis se ha evaluado el comportamiento mecánico de piezas fabricadas mediante Modelado por Extrusión de Material (MEX), utilizando una mezcla de ácido poliláctico (PLA) y polihidroxibutirato (PHB), comercialmente conocida como NonOilen. El objetivo fue analizar cómo la adición de PHB afecta las propiedades mecánicas del PLA y cómo los parámetros de impresión influyen en estas propiedades. Para ello, se realizaron ensayos de compresión y fatiga rotativa, utilizando la metodología de diseño de experimentos para optimizar dichos parámetros.Además, se comparó el rendimiento de NonOilen con PLA puro y con Timberfill, un material compuesto de PLA-madera. También se estudió el comportamiento viscoelástico del NonOilen, y se ajustaron los datos experimentales a un modelo viscoelástico basado en una serie de Prony de tres términos, con el fin de evaluar su influencia en el módulo de Young aparente.Los resultados mostraron que, aunque la adición de PHB reduce la rigidez y resistencia del material en comparación con PLA puro, mejora su resistencia al impacto y disminuye la fragilidad. La optimización de los parámetros de impresión, como el diámetro del extrusor y la densidad de relleno, fue fundamental para maximizar el rendimiento mecánico del material. El diseño de experimentos permitió identificar configuraciones de impresión óptimas para diferentes aplicaciones. Por ejemplo, para lograr alta resistencia a la compresión, la mejor configuración fue una pequeña altura de capa y un gran diámetro de extrusor, mientras que, para una mayor resistencia a la fatiga, se recomendaron mayores alturas de capa y velocidades de impresión más bajas.El estudio del comportamiento viscoelástico del NonOilen subrayó la importancia de seleccionar la orientación de impresión adecuada para maximizar la durabilidad de las piezas. En cuanto a la comparación con PLA puro, este último demostró tener una mayor resistencia en los ensayos de compresión y fatiga, con un módulo de Young un 35% mayor y un límite elástico un 40% superior al de NonOilen. Sin embargo, la adición de PHB hizo al NonOilen más resistente al impacto y menos frágil, siendo más apropiado para aplicaciones que requieren absorción de energía.En los ensayos de fatiga rotativa, las curvas de Wöhler de ambos materiales mostraron diferencias debido a la estructura copolímera de NonOilen, cuya resistencia a la fatiga resultó inferior a la del PLA puro. Aun así, su mayor resistencia a la deformación lo hace competitivo en aplicaciones donde se priorice la tenacidad.Al comparar NonOilen con Timberfill, se observó que NonOilen superó a Timberfill en rigidez y resistencia, presentando un módulo de Young un 20% mayor y un límite elástico un 35% superior. Sin embargo, Timberfill resistió más ciclos de carga en los ensayos de fatiga rotativa, lo que sugiere que este material es más adecuado para situaciones que exijan mayor durabilidad ante cargas cíclicas.En resumen, aunque el PLA puro presentó mejores resultados en rigidez y resistencia, la combinación de PHB y PLA en NonOilen ofrece un equilibrio interesante, mejorando la resistencia al impacto y reduciendo la fragilidad. La optimización de los parámetros de impresión es esencial para ajustar las propiedades del material a las necesidades específicas de cada aplicación.Finalmente, el trabajo realizado en esta tesis ha permitido no solo caracterizar las propiedades mecánicas del NonOilen en comparación con otros materiales comerciales, sino también destacar su viabilidad como una alternativa ecológica y competitiva, especialmente en aplicaciones donde se priorizan la biodegradabilidad y la resistencia al impacto. Las mejoras introducidas en los métodos de análisis viscoelástico y en el proceso de optimización de la impresión 3D han contribuido a un mejor entendimiento del comportamiento del material bajo diferentes condiciones de uso.

Tribunal:
     PRESIDENT: CORTESÃO GODINHO, LUIS MANUEL
     SECRETARI: CLOT RAZQUIN, ARNAU
     VOCAL: DENIA GUZMÁN, FRANCISCO DAVID
Resumen de tesis: 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
Resumen de tesis: Las estructuras de acero tipo CBF se consideran eficientes para resistir fuerzas laterales debido a que suministran una resistencia y rigidez lateral elevada, lo cual es particularmente beneficioso en zonas sísmicas. Sin embargo, esta tipología de estructura posee una sobre-resistencia importante que no es considerada durante el diseño de la cimentación, lo cual puede conducir al levantamiento de zapatas ubicadas por debajo de los miembros arriostrados y propiciar mecanismos de balanceo. Por otra parte, los fenómenos de interacción suelo-estructura (ISE) generalmente no son considerados en análisis de desempeño de estructuras nuevas o existentes. En la presente investigación se evalúa la influencia que tiene el evidenciar los fenómenos de ISE en la respuesta sísmica de pórticos de acero arriostrados concéntricamente (CBF), considerando para ello la respuesta no lineal de zapatas embebidas utilizando el enfoque BNWF. Para modelar el comportamiento tensión-desplazamiento vertical de las zapatas, es posible definir una curva de respuesta total que se obtiene de combinar en serie el comportamiento de la zona de compresión y la de tracción. Cuando se evidencia el levantamiento de la cimentación, se demuestra que es necesario considerar las tensiones horizontales del suelo nativo in situ y el grado de compactación del relleno por encima de la zapata para evitar desviaciones significativas entre los resultados del análisis y la respuesta real. La zona de tracción en las curvas de respuesta se ha calibrado teniendo en cuenta tales parámetros, y dada la dificultad asociada a su calibración, se reportan estimaciones que pudiesen ser utilizadas como referencia en aplicaciones prácticas. La implementación ha sido validada mediante diferentes análisis estáticos no lineales sobre un arquetipo de CBF de acero ensayado originalmente en condición de base rígida, y se han realizado predicciones para condición de base flexible considerando diferentes tipos de suelo y diferentes profundidades de embebido (Df) de zapatas. Los resultados demuestran que existe una relación directa entre la respuesta estática no lineal de pórticos de acero CBF y el mecanismo de levantamiento de las zapatas embebidas, siendo la profundidad Df y la forma de la curva tracción-desplazamiento las variables que mayormente influyen en la respuesta. El modelo ha sido incorporado en procesos de análisis tiempo-historia considerando registros sísmicos de terremotos reales sobre un arquetipo de acero del tipo CBF ampliamente conocido, evidenciando de forma conjunta la no linealidad de la superestructura y del sistema suelo-cimentación. Los resultados obtenidos sugieren que, al analizar el mecanismo de respuesta de pórticos de acero CBF en condición de base flexible no lineal, es posible reportar variaciones en la secuencia de cedencia de la superestructura respecto a la condición de base rígida. Se reporta que la profundidad de desplante de la zapata, al estar directamente relacionada con la magnitud de la rigidez al levantamiento de la cimentación, es capaz de modificar la respuesta global de la superestructura. Por otra parte, el mecanismo de respuesta cíclica de la cimentación determina un proceso de disipación de energía que se ve reflejado en una reducción de fuerza sísmica sobre el sistema de arriostramiento de la estructura. De esta forma, el mecanismo de disipación de energía debido a respuesta vertical es mucho más eficiente para los apoyos situados bajo los pórticos arriostrados en comparación con aquellas zapatas situadas bajo pilares no arriostrados, siendo el efecto mucho más evidente en suelos blandos o sueltos. La metodología propuesta puede ser aplicada tanto en procesos de análisis estáticos como dinámicos, con la finalidad de efectuar predicciones de comportamiento más realistas en procesos de evaluación de desempeño de estructuras apoyadas sobre zapatas embebidas, particularmente en el caso de estructuras de acero CBF.

Tribunal:
     PRESIDENT: SAN JOSÉ LOMBERA, JOSÉ TOMÁS
     SECRETARI: VALLS VIDAL, CRISTINA
     VOCAL: BARRIS PEÑA, CRISTINA
Resumen de tesis: 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
Resumen de tesis: Los desafíos ambientales actuales han impulsado la importancia de las energías renovables al rededor del mundo. Por ende, las plantas de generación solar y eólica, sobre todo, se han popularizado e integrado cada vez más a la red eléctrica. Aunque estas plantas han aumentado la capacidad de generación a nivel mundial, su naturaleza intermitente ha generado la necesidad de mecanismos reguladores que permitan mantener un suministro de energía constante a la red. En este ámbito, las plantas hidroeléctricas han desempeñado un papel crucial en la regulación de la energía total que se suministra a la red eléctrica. Gracias a su rápida respuesta y su capacidad para trabajar en un rango de operación extendido, las turbinas hidráulicas se han utilizado para generar y almacenar energía disponible (como en el caso de las centrales reversibles) en función de la demanda energética. Para regular la energía que necesita la red, las unidades deben operar fuera de condiciones de diseño y pasar por frecuentes ciclos de arranques y paradas. Así, las máquinas se someten a intensas pulsaciones de presión debido a inestabilidades hidráulicas transitorias y excitaciones periódicas como las interacciones rotor-estator. Esto puede provocar resonancias en estructuras críticas de la turbina, como el rodete, resultando en fallas mecánicas causadas por fatiga estructural. Para evitar estos problemas, es de suma importancia el tener un conocimiento preciso del comportamiento modal de estas estructuras. Sin embargo, esto implica el análisis de fenómenos complejos, como la influencia de fluidos pesados y viscosos, condiciones de contorno y características estructurales sobre los parámetros modales de la estructura y enfrentar los desafíos propios del análisis. En esta tesis, el comportamiento modal estructural de turbinas hidráulicas de reacción es estudiado mediante el análisis de parámetros modales de estructuras simples y rodetes de prototipos reales. Primero, se examina la influencia de la amplitud de vibración y el confinamiento en el amortiguamiento de un rodete en resonancia. Para esto, se realiza un análisis experimental y teórico de la influencia de la amplitud de vibración en el amortiguamiento añadido por el fluido en un disco sumergido en presencia de una pared rígida cercana. Se da una explicación y formulación analítica para el complejo mecanismo de disipación de energía. En segundo lugar, se caracterizan los modos propios de rodetes con palas similares a turbinas Kaplan. Este estudio incluye un análisis numérico y experimental de los modos propios de rodetes, considerando discos simples y con palas. Luego, se examina la relación entre las características de los modos propios globales y el número de palas de la estructura. Finalmente, se contrastan los resultados numéricos del disco con palas con resultados experimentales de un rodete. Tanto modos propios globales como locales del rodete son discutidos. Por último, se analiza un caso real de una turbina en funcionamiento. En este caso, la turbina presentaba fuertes vibraciones y ruido durante su puesta en marcha. Para este estudio, se analizan las frecuencias y modos propios de la máquina experimentalmente y numéricamente. Para determinar el origen del problema, también se realiza un análisis de transmisibilidad a diferentes putos de la máquina. Finalmente, se efectúan pruebas en operación para identificar el punto en el que aumentan los niveles de vibración y ruido. La efectividad de la estrategia de medición propuesta, junto con la importancia de las técnicas de medición utilizadas, como el test de transmisibilidad, se demuestra a través de un caso real. Se encuentra la causa del problema y se propone e implementa una solución. La presente tesis se basa en tres trabajos publicados durante su periodo de desarrollo, en revistas científicas indexadas en el primer y segundo cuartil del JCR. Los detalles de estos artículos se explican a lo largo de la tesis y se adjuntan al final de esta.

Tribunal:
     PRESIDENT NO PRESENCIAL: MCKEON, BEVERLEY
     SECRETARI: TRIAS MIQUEL, FRANCESC XAVIER
     VOCAL NO PRESENCIAL: BRANDT, LUCA
Resumen de tesis: La miniaturización supercrítica de turbulencias en las paredes tiene el potencial para superar la frontera energética microfluidic - pequeñas tasas de mezcla y transferencia debido a los regímenes de flujo laminar inducidos, que resulta en eficiencias significativamente bajas en comparación con los sistemas macroesféricos en los que normalmente se da turbulencia. En particular, estos dispositivos se caracterizan por diámetros hidráulicos pequeños y velocidades de flujo bajas y, por consiguiente, limitados a regímenes de número de Mach/Reynolds bajos. Por lo tanto, este trabajo se centra en explorar la aplicación de fluidos supercríticos para lograr turbulencias bajo estas condiciones. Los resultados confirman que se pueden conseguir flujos totalmente turbulentos a pesar del campo de flujo de baja velocidad, lo que resulta en una mejora de las tasas de mezcla y el rendimiento de transferencia de calor relacionados con aplicaciones de transferencia de calor, ciclos de potencia y sistemas de conversión de energía. Sin embargo, el desarrollo posterior de un marco compatible con la física se encuentra todavía en sus comienzos.La naturaleza de banda ancha inherente al flujo requiere métodos con errores mínimos de disipación y dispersión, a fin de capturar la amplia gama de escalas de tiempo/longitud y representar correctamente la transferencia de energía entre escalas. Además, el fracaso en mantener el equilibrio de presión, especialmente en la pseudo-interfaz, puede resultar en oscilaciones de presión espurias y puede conducir a la divergencia de soluciones. En esta medida, se propone un método de discretización para preservar la energía cinética por convección y mantener simultáneamente el equilibrio de presión en flujos de gas real compresible sin discontinuidad. En este marco, se deriva el conjunto filtrado de ecuaciones adecuadas para la simulación de grandes remolinos y las propiedades de los términos resultantes de subfiltro-escala se caracterizan por la realización de análisis a priori y posterior deFlujos turbulentos transcríticos de alta presión para estrategias de pared-resuelta y modelada por la pared. En detalle, la actividad de los términos y la autodescomposición del tensor de estrés del subfiltro podrían sentar las bases para los esfuerzos de modelado consiguientes.En este sentido, los mecanismos de flujo subyacentes de tales sistemas deben investigarse cuidadosamente mediante cálculos. En detalle, la turbulencia supercrítica se analiza mediante simulaciones numéricas directas de flujo no isotérmico transcrítico de alta presión. Los resultados indican que esta configuración conduce a grandes niveles de estrofía y vorticidad inducida. Cabe señalar que la física del flujo cerca de la pared se desvía de una teoría de capa límite monofásica debido a la presencia de una inestabilidad baroclina en las proximidades de la pared caliente/superior. Para investigar más a fondo estos mecanismos físicos, la naturaleza de esta inestabilidad se caracteriza meticulosamente por medio de la teoría de estabilidad lineal y el análisis de resolución adaptativa. Se encuentra que, en condiciones isotérmicas transcríticas, la termodinámica no lineal exhibida cerca de la región pseudo-ebullición acelera la transición laminar a turbulenta con respecto a los estados termodinámicos sub- y súper-críticos, que es más exacerbada para no-flujos isotérmicos incluso cuando se opera en regímenes de números bajos de Mach/Reynolds.

Tribunal:
     PRESIDENT: KAUSHIK, AJEET
     SECRETARI: CUSOLA AUMEDES, ORIOL
     VOCAL: WESTERBERG, LARS-GÖRAN
Resumen de tesis: Esta tesis surgió de la necesidad de diseñar nuevas herramientas que permitan un mejor control de la calidad del aire interior en los vehículos. En los últimos años, especialmente tras el COVID-19, una mejor supervisión de la calidad del aire interior se ha convertido en una necesidad destacada para la mayoría de los usuarios de vehículos privados y operadores de flotas. Aunque la calidad del aire se ha estudiado ampliamente en los edificios, este tema ha sido pasado por alto por la mayoría de los fabricantes de automóviles. Tradicionalmente, los sistemas de ventilación a la demanda han utilizado la concentración de dióxido de carbono (CO2) para regular la calidad del aire en espacios interiores. Sin embargo, dentro del espacio confinado de los vehículos, la concentración de compuestos orgánicos volátiles (COVs) también puede suponer un verdadero riesgo para la salud y el confort de los pasajeros. Por lo tanto, con la finalidad de garantizar unas condiciones óptimas de calidad del aire en todo momento, parece necesario complementar los detectores de CO2 con sensores de COVs que sean efectivos. En la nueva era de la conectividad, los vehículos incorporan decenas de sensores en su arquitectura. Por ello, reducir los costes asociados a nuevos dispositivos de control se ha convertido en un requisito fundamental para justificar su implantación. Los avances recientes en técnicas de micro-fabricación y nuevos materiales han permitido crear sensores de COVs cada vez más sensibles, compactos y rentables. Sin embargo, el rendimiento de algunos de estos dispositivos sigue ligado a altos niveles de consumo energético durante su funcionamiento. Además, es necesario seguir mejorando la eficacia de los sensores actuales, para que estos no sólo tengan una alta sensibilidad, sino también un cierto grado de selectividad frente a múltiples COVs en el ambiente.Esta tesis se centra en el diseño, la fabricación e implementación de un nuevo dispositivo para el control eficaz de COVs dentro de los vehículos. Los resultados demuestran la idoneidad de integrar un sensor de gases y un canal microfluídico, que explotan las propiedades únicas de los polímeros para la detección sensible y selectiva de COVs a temperatura ambiente. En primer lugar, este trabajo evalúa la respuesta de un sensor de gases recubierto con capas finas de polímero simples e híbridas. La adición de nanopartículas de carbono dentro del polímero no sólo contribuye a aumentar la sensibilidad y los tiempos de respuesta del sensor, sino también a mejorar la selectividad de las capas de polímero. En segundo lugar, este trabajo evalúa la respuesta de un canal microfluídico para la separación y clasificación de diferentes COVs en una mezcla. Los resultados obtenidos indican que el espesor del polímero es crítico en la sensibilidad y selectividad de los diferentes dispositivos fabricados. En general, las capas más gruesas contribuyen a optimizar la respuesta tanto del sensor como del canal microfluídico. Además, la compatibilidad química entre los COVs y el polímero resulta también ser muy importante en el rendimiento de ambos dispositivos. Este trabajo propone una metodología, basada en los parámetros de solubilidad de Hansen, que puede ayudar a evaluar y predecir la respuesta de los polímeros en el futuro. Finalmente, esta tesis describe la implementación de un sistema de control de la calidad del aire, que mide de forma efectiva los niveles de CO2 y COV dentro del habitáculo. Una serie de pruebas piloto validan que el control de COVs es relevante para la experiencia del cliente y el control adecuado de la calidad del aire interior. Además, estas actividades contribuyen a definir cómo debe integrarse este sistema con el conjunto del vehículo. Es la primera vez que se investigan los dispositivos presentados en esta tesis para su implementación en vehículos, lo que denota la originalidad i potencial de este trabajo.

Tribunal:
     PRESIDENT: GUSTAFSSON, ROLF
     SECRETARI: GAMEZ MONTERO, PEDRO JAVIER
     VOCAL: HUANG, XINGXING
Resumen de tesis: 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
Resumen de tesis: Los métodos actuales usados en el análisis de la calidad microbiológica se basan en el uso de métodos tradicionales y manuales, como el método de la siembra en masa. La necesidad de realizar más análisis de matrices diferentes hace necesario mejorar estos métodos. Por ello, esta tesis se centra en el diseño de sistemas en los que se disminuya el trabajo manual de los técnicos de laboratorio.Para cumplir con el objetivo principal, esta tesis se ha dividido en dos materias, la microbiología y la ingeniería mecánica y de fluidos. La unión de estos dos campos es esencial para alcanzar y satisfacer esta necesidad.El punto de partida de la microbiología se centró en la separación de los medios de cultivo en sus diferentes fases. Esta separación permitiría tanto un mantenimiento más fácil de los medios como una dosificación más sencilla de los mismos. Además, se realizaron estudios y se estableció un protocolo para la esterilización de los medios de cultivo en un horno microondas. Mediante dinámica de fluidos computacional (CFD), se realizaron estudios para diseñar un homogeneizador estático de forma que el medio de cultivo se mezclara completamente al ser vertido en las placas. Además, se diseñó un dispositivo con el que fuera posible la dosificación del medio de cultivo, una vez separado en sus componentes.Los resultados favorables obtenidos tanto en los estudios microbiológicos como en los de ingeniería demuestran que es posible un sistema de automatización del método de siembra en masa. Por ello, se continuará con el desarrollo de esta nueva línea de investigación, ya que este estudio es sólo el punto de partida para el desarrollo de dicho sistema.