En la presente tesis se desarrolló la clasificación multivariante de muestras mediante mínimos cuadrados parciales discriminantes probabilísticos (p-DPLS). El método, además de clasificar una muestra basándose en DPLS, proporciona la fiabilidad de la clasificación. p-DPLS se mejoró para resolver problemas multiclase y fue más adecuado que otros métodos de clasificación como CART y SIMCA, además de proporcionar la fiabilidad de clasificación. Adicionalmente, se desarrolló una metodología para establecer especificaciones multivariantes de alimentos, combinado los estadísticos Hotelling T2 y SPE¸, y las predicciones del modelo DPLS. Los anteriores desarrollos se aplicaron a problemas de clasificación de suelos analizados por XRF e ICP-MS, mieles analizadas por CG-MS y aceites de oliva analizados por NIR y 1H-RMN. / In this thesis the multivariate classification of samples using discriminant partial least squares (p-DPLS) was developed. The method, besides classifying a sample using DPLS, provides the reliability of such classification. p-DPLS was improved to solve multi-class problems and was more suitable than other classification methods such as CART and SIMCA, besides to providing the reliability of classification. Additionally, a methodology for establishing multivariate specification of food commodities was devised. The methodology combined Hotelling T2, SPE and the PLS model predictions. The above developments were applied to classification of soils analyzed by XRF and ICP-MS, honeys analyzed by GC-MS and olive oils analyzed by NIR and 1H-NM1R.

Un gran nombre de plataformes de detecció biològica han incorporat materials nanoestructurats com una estratègia per a millorar diversos paràmetres operacionals i de qualitat tals com reduir els temps d'anàlisis i els límits de detecció. Les tècniques electroquímiques de detecció es prefereixen sobre altres tècniques ja que presenten una sèrie d'avantatges com a rapidesa, facilitat de maneig, cost reduït i la reduïda mida dels detectors comercials. Entre les tècniques electroquímiques, les metodologies més simples, comunes i més fàcils de transportar són aquelles basades en la potenciometria. La nova tendència seguida amb els elèctrodes potenciomètrics d'estat sòlid representa una eina atractiva en l'anàlisi de mostres líquides en temps real. No obstant això, fins avui ha estat difícil dur a terme la detecció electroquímica directa de bacteris i proteïnes, sense utilitzar marcadors químics, donat que les interaccions receptor‐bacteri i receptor‐proteïna no produeixen un senyal elèctric mesurable. En aquesta tesi, es demostra per primera vegada la detecció potenciomètrica en temps real de bacteris i proteïnes relacionades amb diverses malalties. Aquesta tasca va ser duta a terme mitjançant el disseny d'una plataforma universal de detecció utilitzant nanotubs de carboni com a transductors potenciomètrics i aptàmers com a elements de reconeixement molecular. Les excel•lents propietats de transducció ofertes pels nanotubs de carboni combinades amb la gairebé il•limitada possibilitat dels aptàmers de ser dissenyats in vitro per reconèixer ions, proteïnes, virus i bacteris converteix aquesta plataforma en una eina amb possibilitats inesgotables de detecció biològica en temps real. / Un gran número de plataformas de detección biológica han incorporado materiales nanoestructurados como una estrategia para mejorar varios parámetros operacionales y de calidad tales como reducir los tiempos de análisis y los límites de detección. Las técnicas electroquímicas de detección se prefieren sobre otras técnicas debido a que presentan una serie de ventajas tales como rapidez, facilidad de manejo, coste reducido y el reducido tamaño de los detectores comerciales. Entre las técnicas electroquímicas, las metodologías más simples, comunes y más fáciles de transportar son aquellas basadas en la potenciometría. La nueva tendencia seguida con los electrodos potenciométricos de estado sólido representa una herramienta atractiva para el análisis de muestras líquidas en tiempo real. Sin embargo, hasta hoy ha sido difícil llevar a cabo la detección electroquímica directa de bacterias y proteínas sin ULTRASENSITIVE DETECTION OF PATHOGENS IN REAL‐TIME POTENTIOMETRIC BIOSENSORS BASED ON SINGLE‐WALLED CARBON NANOTUBES AND APTAMERS utilizar marcadores químicos, dado que las interacciones receptor‐bacteria y receptor‐proteína no producen una señal eléctrica medible. En esta tesis, se demuestra por primera vez la detección potenciométrica en tiempo real de bacterias y proteínas relacionadas con varias enfermedades. Esta tarea fue llevada a cabo mediante el diseño de una plataforma universal de detección utilizando nanotubos de carbono como transductores potenciométricos y aptámeros como elementos de reconocimiento molecular. Las excelentes propiedades transductoras de los nanotubos de carbono combinadas con la casi ilimitada posibilidad de los aptámeros de ser diseñados in vitro para reconocer iones, proteínas, virus y bacterias convierte esta plataforma en una herramienta con posibilidades inagotables de detección biológica en tiempo real. / Numerous biosensing platforms have incorporated nanostructured materials as a strategy for improving several performance and operational parameters such as reducing the limits of detection or the assay times in both pathogen and protein detection. Electrochemical sensing techniques are preferred over other detection methods because they present a series of advantages such as rapid response, ease of use, low‐cost and small sized commercial detectors. Among the electrochemical techniques, the simplest, most widespread and fieldportable methodologies are based on potentiometry. The new wave of potentiometric solidstate electrodes represents an attractive tool for real‐time bioanalysis in liquid samples. However, to date, it has been difficult to carry out the specific and direct electrochemical detection of whole living bacterial cells or disease‐related proteins without chemical labelling because the interaction receptor‐bacteria/receptor‐protein does not provide a measurable electrochemical signal. In this Thesis, the real‐time potentiometric detection of bacteria and disease‐related proteins is demonstrated for the first time. To accomplish such a challenging task, a novel and universal biosensing platform is designed using single‐walled carbon nanotubes as potentiometric transducers, and aptamers as biorecognition elements. The excellent potentiometric transduction properties of carbon nanotubes combined with the quasi‐unlimited capability of aptamers (RNA and DNA synthetic oligonucleotide segments) to be tailored in vitro against ions, proteins, viruses and bacteria converts such a platform into a

La técnica de recubrimiento "capa por capa' (layer-by-layer, LbL) de superficies cargadas mediante materiales con carga opuesta es una herramienta versátil para la fabricación de ensamblados moleculares e interfaces funcionales. Sus principales ventajas sobre otras metodologías, como las monocapas autoensambladas (SAM) o la técnica de Langmuir-Blodgett, son una enorme flexibilidad combinada con su gran simplicidad y bajo coste. Con instrumentación sencilla y protocolos de preparación simples, es posible ensamblar estructuras complejas y estables con un control nanométrico sobre su composición y estructura.La metodología LbL es especialmente adecuada para la integración de biomoléculas (proteínas, lípidos, DNA) en multicapas funcionales, ya que el proceso de ensamblaje se lleva a cabo en condiciones suaves. Las propiedades biológicas de estos materiales se mantienen o incluso mejoran tras su incorporación en los films.Otra ventaja de esta técnica es que permite recubrir sustratos de virtualmente cualquier tamaño y forma con films funcionales de manera sencilla y controlada. De particular importancia ha sido la extensión del método a la modificación de partículas coloidales. Aparte de su interés desde un punto de vista fundamental y aplicado, los coloides constituyen herramientas de gran potencial para la creación de estructuras de diseño específico en los campos de la bio y nanotecnología. La funcionalización vía LbL de partículas coloidales permite integrar múltiples funcionalidades en las partículas, y proporciona además una ruta para la creación de estructuras tridimensionales que facilitan la transición desde la nano- a la micro- y macroescala.La técnica LbL ha supuesto también un gran avance en el desarrollo de sistemas electroquímicos. Diversos materiales electroactivos pueden ser incorporados en las multicapas, junto con otras especies que proporcionan funcionalidades adicionales. Además, parámetros críticos como el grosor del film, el transporte de materia y la conductividad pueden ajustarse con precisión en estas estructuras, incrementando la capacidad de control sobre el funcionamiento final del sistema. En particular, las estructuras LbL han encontrado numerosas aplicaciones en el área de los biosensores electroquímicos. Estos dispositivos proporcionan una interfaz entre funciones biológicas específicas y procesos de transducción electrónicos, y ofrecen una alternativa con gran potencial para el desarrollo de plataformas de biodetección integradas.En el presente trabajo, la técnica LbL se emplea para ensamblar films multicapa de enzimas y polielectrolitos en la superficie de micropartículas de sílice. Dos enzimas diferentes, glucosa oxidasa (GOx) y peroxidasa (HRP) son co-inmovilizadas junto con capas precursoras e intermedias de polielectrolitos. En los films resultantes se desarrolla una reacción enzimática secuencial, con la conversión inicial de glucosa en acido glucónico y peróxido de hidrógeno, catalizada por GOx, y la posterior reducción del peróxido de hidrógeno a agua por acción de la HRP. El enfoque secuencial LbL permite explorar la influencia de diferentes combinaciones de polielectrolitos sobre la inmovilización y funcionalidad de los enzimas. Técnicas como la citometría de flujo, microscopía confocal y electrónica y medidas espectrofotométricas proporcionan información sobre la interacción entre los diferentes componentes de las capas, así como sobre la estabilidad de las suspensiones coloidales y el comportamiento de los films en presencia de los diferentes sustratos enzimáticos.Una funcionalidad electroquímica se integra adicionalmente en estos films mediante la incorporación de un polímero redox a la estructura. De este modo, los eventos específicos que tienen lugar durante la catálisis enzimática se transducen en una señal eléctrica. Las partículas nanoestructuradas asumen un doble papel en el sistema final. Por una parte, actúan como sustratos de alta área superficial para la fabricación de microreactores enzimáticos. Además, los coloides se incorporan en un film de polímero redox y se inmovilizan en la superficie de electrodos de oro, actuando como elementos de construcción para la fabricación de un biosensor electroquímico que permite la detección de glucosa y peróxido de hidrógeno. / The layer-by-layer (LbL) coating of charged surfaces with oppositely charged materials is a powerful and versatile approach for the fabrication of functional molecular assemblies and interfaces. The key advantages of this technique over other methodologies such as self-assembled monolayers (SAM) or Langmuir-Blodgett (LB) are its unparalleled flexibility in combination with its simplicity and inexpensiveness. With simple instrumentation and easy preparation steps it is possible to assemble highly complex and stable architectures with nanoscale control over their composition and structure.The LbL approach is particularly suitable for the integration of biomolecules (proteins, lipids, DNA) into functional multilayers, since layer buildup is carried out under mild conditions. Many biologically relevant species can be incorporated into the films while maintaining or even improving their biological functions. A further advantage of this technique is that substrates of virtually any size and shape can be coated with functional films in a simple and controlled fashion. Of particular interest has been the extension of the LbL method to the modification of colloidal particles. Apart from their interest from a fundamental and applied point of view, colloids have emerged as powerful tools particularly suited to meet the challenge of creating tailored building blocks for the rapidly evolving fields of bio- and nanotechnology. The LbL functionalisation of colloidal particles provides a new route for the creation of composite architectures which allow the integration of nanoscale-defined materials into two- and three-dimensional structures. This ultimately opens the way not only to functional microsystems but also to the fabrication of macroscopic devices.One of the fields in which the LbL technique has represented a major advance is the development of electrochemical systems. Electrochemically active materials can be readily incorporated into multilayer films, together with other species which provide additional functionalities. Furthermore, critical parameters such as film thickness, mass transport and conductivity can be precisely tuned, allowing an increased control over the performance of the system. In particular, LbL assemblies have found many successful applications in the area of electrochemical biosensors. These devices provide an interface between biological functions and electronic signal-transduction processes, and offer great potential for the development of new miniaturised, low-cost, integrated biodetection platforms.In the present work, the LbL technique is employed to assemble multilayer films of enzymes and polyelectrolytes on the surface of silica microparticles. Two different enzymes, glucose oxidase (GOx) and horseradish peroxidase (HRP) are co-immobilised together with precursor and intermediate polyelectrolyte layers. In the resulting multilayer films a sequential reaction takes place, with the conversion of glucose to gluconic acid and hydrogen peroxide catalysed by GOx and the subsequent reduction of hydrogen peroxide to water catalysed by HRP. The sequential LbL approach allows to explore the influence of different polyelectrolyte combinations on the immobilisation and functionality of the enzymes. Flow cytometry, confocal and electron microscopy and spectrophotometric measurements provide information about the interaction between the different layer components, as well as the stability of the colloidal substrates and the behaviour of the multilayer films in the presence of the different enzyme substrates.An electrochemical functionality is further added to these films with the incorporation of an osmium-based redox polymer to the structure. In this way the specific chemical events taking place at the redox centers of the enzymes are transduced into an electrical signal. The nanostructured particles assume a multiple role in the final system. On one hand, they act as immobilisation substrates and high surface area carriers for the creation of enzymatic microreactors. Moreover, the LbL-coated colloids are embedded in a redox polymer film and immobilised on the surface of gold electrodes, acting as building blocks fo the fabrication of an electrochemical biosensor able to detect glucose and hydrogen peroxide.

La presente tesis analiza el uso de la cartografía turística como instrumento del web marketing oficial de destinos, centrándose en los mapas interactivos como interfaces de acceso a la información y, también, imágenes gráficas únicas que introducen la idea de unidad territorial y colaboran en la proyección de la imagen e identidad/marca del destino. Se aplican tres enfoques: de los usuarios, de los gestores de las webs oficiales de promoción y de los académicos. Se elabora el modelo de calidad para los mapas turísticos en Internet junto con el inventario de características detalladas que garantizan su adecuación al sector. Se desarrolla un método sistemático para evaluar la calidad de la cartografía web turística (MEMTI) con el fin de proveer las Organizaciones de Marketing de Destinos (OMDs) con un instrumento práctico. Se analiza una muestra de 50 mapas oficiales de las ciudades “Top Destinos” detectando el gran potencial de mejora. / La present tesi analitza l'ús de la cartografia turística com a instrument del web màrqueting oficial de destinacions, centrant-se en els mapes interactius com a interfícies d'accés a la informació i, també, imatges gràfiques úniques que introdueixen la idea d'unitat territorial i col•laboren en la projecció de la imatge i identitat/marca de la destinació. S'apliquen tres enfocaments: dels usuaris, dels gestors de les webs oficials de promoció i dels acadèmics. S'elabora el model de qualitat per als mapes turístics en Internet juntament amb l'inventari de característiques detallades que garanteixen la seva adequació al sector. Es desenvolupa un mètode sistemàtic per avaluar la qualitat de la cartografia web turística (MEMTI) amb la finalitat de proveir les Organitzacions de Màrqueting de Destinacions (OMDs) amb un instrument pràctic. S'analitza una mostra de 50 mapes oficials de les ciutats “Top Destinacions” detectant el gran potencial de millora. / This thesis analyses the use of tourist mapping as a tool of destination official web marketing, focusing on interactive maps as interfaces with information access as well as unique graphic images that introduce the idea of territorial unity and collaborate in promoting the image and identity/brand of the destination. Three approaches are applied: that of the users, of the web marketing managers, and of the academics. Quality model for online tourist maps along with detailed features inventory are elaborated to ensure their suitability to the sector. A systematic method for evaluating the quality of tourist web mapping (MEMTI) is developed in order to provide the Destination Marketing Organizations (DMOs) with a practical tool. A sample of 50 official maps of "Top Destination" cities is analyzed and the great potential for improvement is detected.

This thesis presents a novel and complete fuzzy multi-criteria decision making (MCDM) methodology. This methodology is specifically designed for selecting classifications in the framework of unsupervised learning systems. The main results obtained are twofold. On the one hand, the definition of fuzzy criteria to be used to assess the suitability of a set of given classifications and, on the other hand, the design and development of a natural language generation (NLG) system to qualitatively describe them. Unsupervised learning systems often produce a large number of possible classifications. In order to select the most suitable one, a set of criteria is usually defined and applied sequentially to assess and filter the obtained classifications. This is done, in general, by using a true-false decision in the application of each criterion. This approach could result in classifications being discarded and not taken into account when they marginally fail to meet one particular criterion even though they meet other criteria with a high score. An alternative solution to this sequential approach has been introduced in this thesis. It consists of evaluating the degree up to which each fuzzy criterion is met by each classification and, only after this, aggregating for each classification the individual assessments. This overall value reflects the degree up to which the set of criteria is globally satisfied by each classification. Five fuzzy criteria are defined and analysed to be used collectively to evaluate classifications. The corresponding single evaluations are then proposed to be aggregated into a collective one by means of an Ordered Weighted Averaging (OWA) operator guided by a fuzzy linguistic quantifier, which is used to implement the concept of fuzzy majority in the selection process. In addition, a NLG system to qualitatively describe the most important characteristics of the best classification is designed and developed in order to fully understand the chosen classification. Finally, this new methodology is applied to a real business problem in a marketing context. The main purpose of this application is to show how the proposed methodology can help marketing experts in the design of specific-oriented marketing strategies by means of an automatic and interpretable segmentation system.

La finalitat d'aquesta investigació és descriure i interpretar el rol dels docents que utilitzen Entorns Virtuals d'Aprenentatge (EVAs) per definir els seus perfils i patrons d'ús en el context de la Facultat d'Informàtica i Electrònica (FIE) / la finalidad de esta investigación es describir e interpretar el rol de los docentes que utilizan Entornos Virtuales de Aprendizaje (EVAs) para definir sus perfiles y patrones de uso en el contexto de la Facultad de Informática y Electrónica (FIE) / The purpose of this research is to describe and interpret the role of teachers using Virtual Learning Environments (VLEs) to define their profiles and usage patterns in the context of the Faculty of Informatics and Electronics (FIE)

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / The thesis falls into the field of machine olfaction and accompanying experimental set up for chemical gas sensing. Perhaps more than any other sensory modality, chemical sensing faces with major technical and conceptual challenges: low specificity, slow response time, long term instability, power consumption, portability, coding capacity and robustness. There is an important trend of the last decade pushing artificial olfaction to mimic the biological olfaction system of insects and mammalians. The designers of machine olfaction devices take inspiration from the biological olfactory system, because animals effortlessly accomplish some of the unsolved problems in machine olfaction. In a remarkable example of an olfactory guided behavior, male moths navigate over large distances in order to locate calling females by detecting pheromone signals both rapidly and robustly. The biomimetic chemical sensing aims to identify the key blocks in the olfactory pathways at all levels from the olfactory receptors to the central nervous system, and simulate to some extent the operation of these blocks, that would allow to approach the sensing performance known in biological olfactory system of animals. New technical requirements arise to the hardware and software equipment used in such machine olfaction experiments. This work explores the bioinspired approach to machine olfaction in depth on the technological side. At the hardware level, the embedded computer is assembled, being the core part of the experimental set up. The embedded computer is interfaced with two main biomimetic modules designed by the collaborators: a large-scale sensor array for emulation of the population of the olfactory receptors, and a mobile robotic platform for autonomous experiments for guiding olfactory behaviour. At the software level, the software development kit is designed to host the neuromorphic models of the collaborators for processing the sensory inputs as in the olfactory pathway. Virtualization of the set up was one of the key engineering solutions in the development. Being a device, the set up is transformed to a virtual system for running data simulations, where the software environment is essentially the same, and the real sensors are replaced by the virtual sensors coming from especially designed data simulation tool. The proposed abstraction of the set up results in an ecosystem containing both the models of the olfactory system and the virtual array. This ecosystem can loaded from the developed system image on any personal computer. In addition to the engineering products released in the course of thesis, the scientific results have been published in three journal articles, two book chapters and conference proceedings. The main results on validation of the set up under the scenario of robotic odour localization are reported in the book chapters. The series of three journal articles covers the work on the data simulation tool for machine olfaction: the novel model of drift, the models to simulate the sensor array data based on the reference data set, and the parametrized simulated data and benchmarks proposed for the first time in machine olfaction. This thesis ends up with a solid foundation for the research in biomimetic simulations and algorithms on machine olfaction. The results achieved in the thesis are expected to give rise to new bioinspired applications in machine olfaction, which could have a significant impact in the biomedical engineering research area. / Esta tesis se enmarca en el campo de bioingeneria, mas particularmente en la configuración de un sistema experimental de sensores de gases químicos. Quizás más que en cualquier otra modalidad de sensores, los sensores químicos representan un conjunto de retos técnicos y conceptuales ya que deben lidiar con problemas como su baja especificidad, su respuesta temporal lenta, su inestabilidad a largo plazo, su alto consumo enérgético, su portabilidad, así como la necesidad de un sistema de datos y código robusto. En la última década, se ha observado una clara tendencia por parte de los sistemas de machine olfaction hacia la imitación del sistema de olfato biológico de insectos y mamíferos. Los diseñadores de estos sistemas se inspiran del sistema olfativo biológico, ya que los animales cumplen, sin apenas esfuerzo, algunos de los escenarios no resueltos en machine olfaction. Por ejemplo, las polillas machos recorren largas distancias para localizar las polillas hembra, detectando sus feromonas de forma rápida y robusta. La detección biomimética de gases químicos tiene como objetivo identificar los elementos fundamentales de la vía olfativa a todos los niveles, desde los receptores olfativos hasta el sistema nervioso central, y simular, en cierta medida, el funcionamiento de estos bloques, lo que permitiría acercar el rendimiento de la detección al rendimiento de los sistemas olfativos conociodos de los animales. Esto conlleva nuevos requisitos técnicos a nivel de equipamiento tanto hardware como software utilizado en este tipo de experimentos de machine olfaction. Este trabajo propone un enfoque bioinspirado para la ¿machine olfaction¿, explorando a fondo la parte tecnológica. A nivel hardware, un ordenador embedido se ha ensamblado, siendo ésta la parte más importante de la configuración experimental. Este ordenador integrado está interconectado con dos módulos principales biomiméticos diseñados por los colaboradores: una matriz de sensores a gran escala y una plataforma móvil robotizada para experimentos autónomos. A nivel software, el kit de desarrollo software se ha diseñado para recoger los modelos neuromórficos de los colaboradores para el procesamiento de las entradas sensoriales como en la vía olfativa biológica. La virtualización del sistema fue una de las soluciones ingenieriles clave de su desarrollo. Al ser un dispositivo, el sistema se ha transformado en un sistema virtual para la realización de simulaciones de datos, donde el entorno de software es esencialmente el mismo, y donde los sensores reales se sustituyen por sensores virtuales procedentes de una herramienta de simulación de datos especialmente diseñada. La propuesta de abstracción del sistema resulta en un ecosistema que contiene tanto los modelos del sistema olfativo como la matriz virtual . Este ecosistema se puede cargar en cualquier ordenador personal como una imagen del sistema desarrollado. Además de los productos de ingeniería entregados en esta tesis, los resultados científicos se han publicado en tres artículos en revistas, dos capítulos de libros y los proceedings de dos conferencias internacionales. Los principales resultados en la validación del sistema en el escenario de la localización robótica de olores se presentan en los capítulos del libro. Los tres artículos de revistas abarcan el trabajo en la herramienta de simulación de datos para machine olfaction: el novedoso modelo de drift, los modelos para simular la matriz de sensores basado en el conjunto de datos de referencia, y la parametrización de los datos simulados y los benchmarks propuestos por primera vez en machine olfaction. Esta tesis ofrece una base sólida para la investigación en simulaciones biomiméticas y en algoritmos en machine olfaction. Los resultados obtenidos en la tesis pretenden dar lugar a nuevas aplicaciones bioinspiradas en machine olfaction, lo que podría tener un significativo impacto en el área de investigación en ingeniería biomédica

This thesis examines the response of stainless steel members when subjected to transverse and normal forces triggering the instability phenomena called web crippling and local buckling, respectively. Currently, the part of Eurocode dealing with stainless steel, EN 1993-1-4 (2006) misses design provisions for web crippling and the applicability of some of its aspects is yet to be fully verified especially for application to ferritic stainless steel. The first part of the thesis laid in the development of design equations for the treatment of web crippling in stainless steel sections which are currently designed following specifications given in EN 1993-1-3 (2006) for cold-formed carbon steel. Two design approaches were derived covering austenitic and ferritic stainless steels: an empiric equation, in line with the current provisions for web crippling design given in EN 1993-1-3 (2006); and an alternative semi-empiric design method based on strength curves which enables a better understanding of the phenomenon and showed to significantly improve web crippling predictions. For the second part of the thesis, the applicability of the local buckling design provisions given in EN 1993-1-4 (2006) to ferritic stainless steel was examined giving focus to the slenderness limits and the effective width equations. The results showed that EN 1993-1-4 (2006) can safely be applied to ferritic stainless steel, though the code is rather conservative in comparison with other methods. Finally, a modification of the effective width equation incorporating element interaction effects was proposed which allows an improvement of cross-section capacity predictions and enables to amend the effective width method to the same level of alternative design approaches but promoting the use of the concepts currently considered in Eurocode.

A aquesta tesi, les dades diàries de temperatures màximes i mínimes i precipitació de 12 estacions meteorològiques guineanes han segut sotmeses a controls de qualitat utilitzant les rutines RClimdex-ExtraQC. Les quals contenen eines per una sèrie temporal única. Els valors identificats com potencialment erronis han segut examinats mitjançant decisió subjectiva, han segut validats, corregits o eliminats. Aquestes dades lliures de qualsevol registre sospitós han segut homogeneïtzades utilitzant l’arxiu de sortida HOMER de dades mensuals. Els índexs escollits d’ETCCDI i ET-CRSCI s’han calculat per a les dades de temperatura i precipitació anuals i estacionals utilitzant ET-CRSCI del paquet RClimPact. A més, les mitjanes anuals de Tx, Tn i precipitació nacional junt amb vuit índexs d’extrem han segut utilitzats per detectar teleconexions entre els índexs climàtics i l’índex SOI. Un anàlisis de tendències no paramètric s’ha dut a terme sobre tres períodes superposats que comencen al 1941, 1961 i 1971 i tots acaben al 2010. Els resultats indiquen diversos patrons espacials coherents amb l’escalfament, significatius identificats tant amb els índexs extrems de Tx com de Tn per a tots els períodes i estacions. Els índexs basats en dades de precipitació diària mostren patrons menys coherents però, en general, existeixen patrons de sequera significatius per a la majoria d’índexs relacionats amb la precipitació diària per als períodes 1941-2010 i 1961-2010, mentre que per al període 1971-2010 l’anàlisi suggereix canvis no significatius cap a condicions més humides. En general, no s’han produït canvis espacialment coherents amb esdeveniments extrems de precipitació per al conjunt de Guinea i període d’estudi, ja que aquests, s’han produït a escala local. Hi ha indicis de que les condicions humides estan relacionades amb la Niña. Les precipitacions durant el període 1971-2010 han segut entre un 13.6 % i un 27.75 % menors que durant el període 1941-1970. / En esta tesis, datos diarios de temperaturas máximas y mínimas y precipitación de 12 estaciones guineanas han sido sometidos a controles de calidad utilizando las rutinas RClimdex-ExtraQC. Estas rutinas contienen herramientas para una serie temporal única. Los valores identificados como potencialmente erróneos han sido examinados y mediante decisión subjetiva, han sido validados, corregidos o eliminados. Estos datos libres de cualquier tipo de registro sospechoso han sido homogeneizados utilizando el archivo de salida HOMER de datos mensuales. Índices elegidos de ETCCDI y ET-CRSCI se han calculado para las temperaturas y precipitaciones anuales y estacionales utilizando ET-CRSCI del paquete R ClimPact. Además, promedios anuales de Tx, Tn y precipitación nacional y ocho índices de extremos han sido usados para detectar teleconexiones entre los índices climáticos y el índice SOI. Un análisis de tendencias no paramétrica se ha realizado sobre tres períodos superpuestos que empiezan en 1941, 1961 y 1971, y terminan todos en 2010. Los resultados indican diversos patrones espaciales coherentes con el calentamiento, significativos, identificados tanto en los índices de extremos de Tx como de Tn para todos los periodos y estaciones. Los índices basados en datos de precipitación diaria mostraron patrones menos coherentes pero, en general, existen patrones de sequía significativos en la mayoría de los índices relacionados con la precipitación diaria para los períodos 1941-2010 i 1961-2010, mientras que para el período 1971-2010 el análisis sugiere cambios no significativos hacia condiciones más húmedas. En general, no se han producido cambios espacialmente coherentes con eventos extremos de precipitación para el conjunto de Guinea y el período de estudio, ya que estos, se han producido a escala local. Hay indicios de que las condiciones más húmedas están asociadas con La Niña. Las precipitaciones durante el periodo 1971-2010 han sido entre un 13.6% y un 27.75% menores que durante el período 1941-1970. / In this thesis, Guinea's 12 weather stations daily minimum and daily maximum temperatures and daily precipitation data have been carefully quality controlled using the RClimdex-ExtraQC routines. These routines contain suitable tools to quality control single time series. The values identified as potentially erroneous have been carefully scrutinized and a subjective decision has been made to validate, correct or set them to missing. The resulted dataset free of any kind of suspicious data record has been homogenized using HOMER monthly output file. Chosen indices from ETCCDI and ET-CRSCI indices have been calculated using ET-CRSCI ClimPact R package. Annual and seasonal temperatures and precipitations indices have also been computed. Additionally, eight nationwide averaged climate extremes indices, the nationwide averaged annual Tx mean and Tn mean and total precipitation indices have been use to detect teleconnection between climate indices and SOI indices. A nonparametric trend analysis is then performed for three overlapping periods, with different starting years 1941, 1961 and 1971 but all ending the same 2010 year. The result suggested that coherent spatial patterns of significant warming changes have emerged from both Tx and Tn related extremes indices for all periods and season. Indices based on daily precipitation data showed more mixed patterns of change but, in general, significant drying patterns have been seen in most of the 1941-2010 and 1961-2010 periods' daily precipitation related indices while over the period 1971-2010 analyses suggested non-significant changes towards wetter conditions. Overall, there have been no spatially coherent changes in extreme rainfall events across Guinea for the study period, but changes in extreme precipitation events have occurred on local scales. There are signs that wetter conditions are associated with the La Niña years. Rainfall during the 1971-2010 is on average some 13.6 % to 27.75 % lower than during the period 1941–1970.

In Nuclear Fusion Technology, MHD flows can be encountered in liquid metal (LM) breeding blankets, the part of a fusion reactor where tritium, one of the fusion fuels, is to be produced. There are several types of LM breeding blankets, which can be classified according to the fraction of the thermal load extracted by the LM. Such classification provides valuable information on liquid metal flow properties. For instance, if no heat removal is carried out by the LM, its velocity can be quite low, what makes buoyancy the predominant force in front of inertia. The flow inside breeding blanket channels can be very complex, particularly in those blanket types where buoyancy plays a relevant role. The understanding of the flow nature, including the possible instabilities that might appear, the exact knowledge of flow profiles for tritium control purposes, and the prediction of thermal fluxes for thermal efficiency analysis are of great interest for blanket design optimization. In this direction, a thermal-MHD coupled simulation tool has been implemented in the OpenFOAM toolkit. The resultant code can be understood as a preliminary predictive tool for liquid metal breeding blanket channel design. The developed code is a transient 3D tool that accounts for thermal-MHD coupling and can deal with several layers of materials. Various MHD modeling strategies have been studied, starting with the implementation of an induced magnetic field formulation and continuing with an electric potential formulation based on the low magnetic Reynolds approximation, in this case using the conservative formula of the Lorentz force proposed by Ni et al. (2007). Two pressure-velocity couplings have been analyzed. The first one is based on a projection method whereas the second one, which has proved to be more robust, follows a PISO-like algorithm (Weller et al. 1998). The thermal coupling has been achieved by means of the Boussinesq hypothesis. The developed tool accounts for the linear wall function for Hartmann boundary layers from Leboucher (1999), which reduces substantially the CPU time of the simulations. The code also accounts for fluid-solid thermal and electrical coupling by means of implicit coupling of fluid and solid grids. Special attention has been placed in correctly coupling liquid-solid energy transport equations by means of the conservative form of the equations in both domains. All along the development process, validation steps have been carried out with successful results. An alternative thermal-MHD tool has also been implemented following the 2D approach from Sommeria and Moreau (1982). Such code accounts for the 0-equation Q2D turbulence RANS model from Smolentsev and Moreau (2006). Three application cases are considered. In the first case, the integrated effect of volumetric heating and magnetic field on tritium transport in a U-bend flow, as applied to the EU HCLL blanket concept, is studied. The second application case corresponds to the thermal analysis of the blanket design that is being developed in the framework of the Spanish National Project on Breeding Blanket Technologies TECNO_FUS (through CONSOLIDER-INGENIO 2010 Programme). The third and last case includes the instability analysis of a pressure-driven MHD flow in a horizontal channel with a constant thermal load. The application cases have not only shown the code capabilities to simulate liquid metal channels in breeding blankets but, also, have provided a useful know-how on flow properties inside those channels. / En Tecnologia de Fusió Nuclear, per descriure la circulació de fluids dins dels embolcalls regeneradors de metall líquid (ML) cal recórrer a la magnetohidrodinàmica (MHD). Un embolcall regenerador (o tritigeni) és la zona d'un reactor de fusió on es produeix triti, un dels combustibles de fusió. Els embolcalls regeneradors de ML poden classificar-se atenent a la fracció de la càrrega tèrmica extreta pel ML. Aquesta classificació proporciona informació valuosa sobre les propietats del flux de metall líquid. Per exemple, si el ML no extreu potència tèrmica, la seva velocitat pot ser bastant baixa, el que implica que la força dominant sigui la flotació en front de la inèrcia. El flux dins dels canals d’un embolcall regenerador pot ser molt complex, especialment en aquells tipus d’embolcall on la flotació juga un paper rellevant. La comprensió de la naturalesa del flux, incloent les inestabilitats que podrien aparèixer, el coneixement exacte dels perfils de flux per al control de triti, i la predicció de fluxos tèrmics per a l’anàlisi de l’eficiència tèrmica són de gran interès per a l’optimització del disseny. En aquest sentit, s’ha implementat un codi de simulació acoblada tèrmica-MHD en l’eina de codi lliure OpenFOAM. El codi resultant pot ser entès com una eina predictiva preliminar per al disseny dels canals de ML dels embolcalls regeneradors. El codi desenvolupat permet el càlcul transitori en 3D amb acoblament tèrmic-MHD i pot tractar amb diverses capes de materials. S’ha estudiat diferents models MHD, començant per la implementació d’una formulació basada en el camp magnètic induït i continuant amb una formulació basada en el potencial elèctric mitjançant l’aproximació per a Reynolds magnètics baixos, en aquest darrer cas utilitzant la fórmula conservativa de la força de Lorentz proposada per Ni et al. (2007). S’han analitzat dos acoblaments pressió-velocitat. El primer acoblament es basa en un mètode de projecció, mentre que el segon, que ha demostrat ser més robust, segueix un algorisme tipus PISO (Weller et al. 1998). L’acoblament tèrmic s'ha modelat per mitjà de la hipòtesi de Boussinesq. El codi desenvolupat compta amb la funció de paret lineal de Leboucher (1999) per a les capes límit de Hartmann, cosa que redueix substancialment el temps de CPU de les simulacions. El codi també inclou acoblament tèrmic i magnètic líquid-sòlid mitjançant l'acoblament implícit de les malles del fluid i del sòlid. S’ha tingut una cura especial en realitzar correctament aquest acoblament fluid-sòlid fent ús de la forma conservativa de l’equació d’energia en ambdós dominis. Al llarg del procés de desenvolupament, s’han dut a terme les corresponents validacions amb resultats satisfactoris. També s'ha implementat un codi tèrmic-MHD alternatiu basat en el model MHD 2D de Sommeria i Moreau (1982). Aquest segon codi té implementat el model RANS de 0-equacions de Smolentsev i Moreau (2006) per a la turbulència Q2D. Els codis desenvolupats s’han emprat en tres casos d’interès. En el primer cas, s’ha estudiat l’efecte integrat de l’escalfament volumètric i el camp magnètic en el transport de triti en un canal en U, com el que es pot trobar en el disseny d’embolcall regenerador UE HCLL. En el segon cas, s’ha realitzat una anàlisi tèrmica del disseny d’embolcall que s’està definint dins del Programa Nacional Espanyol en Tecnologia d’Embolcalls Regeneradors TECNO_FUS (a través del Programa CONSOLIDER-INGENIO 2010). En el tercer i últim cas, s’han analitzat les inestabilitats que tenen lloc en fluxos MHD en canals horitzontals amb gradient de pressió extern, amb camp magnètic transversal i amb una càrrega tèrmica uniforme. Els casos d’aplicació no només han demostrat la capacitat del codi per simular canals de metall líquid en embolcalls regeneradors; també han permès caracteritzar el flux a l’interior d’aquests canals.