El fet que cada vegada disposem de més dades socials de sistemes socio-tecnològics---sistemes que registren la nostra activitat diària, tals com a registres de targeta de crèdit, registres de trucades telefòniques, correu electrònic, etc.---i les xarxes socials on-line---com facebook, twitter, instagram, etc.---, ha fet possible estudiar el comportament humà des de diferents perspectives. Descobrir els patrons darrere d'aquestes dades no només aportarà un millor coneixement de la societat, sinó que també beneficiaria a la societat en diferents aspectes, com l'adaptació de tecnologia a les necessitats socials o el disseny de millors polítiques per evitar la propagació d'epidèmies. L'objectiu d'aquesta tesi és precisament descobrir patrons estructurals i temporals en els sistemes socials i desenvolupar models predictius sobre la seva base. En particular, analitzem l'evolució a llarg termini en una xarxa de correu electrònic amb més d'1.000 persones al llarg de quatre anys consecutius. Veiem que, encara que l'evolució de la comunicació entre usuaris és altament impredictible, l'evolució macro de les xarxes de comunicació social segueix lleis estadístiques ben definides, caracteritzades pel decaïment exponencial de les variacions logarítmicas del pes de les comunicacions entre usuaris i del pes dels individus a la xarxa. Al mateix temps, trobem que els individus tenen una forma característica de comunicar-se, i aquesta no canvia en anys. Quant a la predictabilidad, desenvolupem dos models basats en xarxes: un model de recomanació (que prediu votacions d'usuaris sobre objectes) i un model d'inferència temporal (que prediu successos en el temps). El nostre model de recomanació és escalable i considerablement més precís en les seves prediccions que els algorismes actuals per bases de dades de milions de votacions. L'enfocament es basa en la suposició que hi ha grups de persones i d'articles (per exemple, pel·lícules, llibres, etc.) i que les preferències d'un individu sobre un element donat depenen del grups als que pertanyin. Però a més, permet que cada individu i cada article pertanyin simultàniament a diferents grups. Les comunitats superposades resultants i les prediccions sobre les votacions poden inferir-se amb un algorisme escalable de maximització d'expectatives basat en una aproximació variacional. En el mo / El hecho que cada vez dispongamos de más datos sociales de sistemas socio-tecnológicos---sistemas que registran nuestra actividad diaria, tales como registros de tarjeta de crédito, registros de llamadas telefónicas, correo electrónico, etc.---y las redes sociales on-line---como facebook, twitter, instagram, etc.---, ha hecho posible estudiar el comportamiento humano desde diferentes perspectivas. Descubrir los patrones detrás de estos datos no sólo aportará un mejor conocimiento de la sociedad, sino que también beneficiaría a la sociedad en diferentes aspectos, como la adaptación de la tecnología a las necesidades sociales o el diseño de mejores políticas para evitar la propagación de epidemias. El objetivo de esta tesis es precisamente descubrir patrones estructurales y temporales en los sistemas sociales y desarrollar modelos predictivos en base a ellos. En particular, analizamos la evolución a largo plazo en una red de correo electrónico con más de 1.000 personas a lo largo de cuatro años consecutivos. Vemos que, aunque la evolución de la comunicación entre usuarios es altamente impredecible, la evolución macro de las redes de comunicación social sigue leyes estadísticas bien definidas, caracterizadas por el decaimiento exponencial de las variaciones logarítmicas del peso de las comunicaciones entre usuarios y del peso de los individuos en la red. Así mismo, encontramos que los individuos presentan una forma caracteristica de comunicarse, y esta no cambia en años. En cuanto a la predictibilidad, desarrollamos dos modelos basados en redes: un modelo de recomendación (que predice votaciones de usuarios sobre objetos) y un modelo de inferencia temporal (que predice sucesos en el tiempo). Nuestro modelo de recomendación es escalable y considerablemente más preciso en sus predicciones que los algoritmos actuales para bases de datos de millones de votaciones. El enfoque se basa en la suposición de que hay grupos de personas y de artículos (por ejemplo, películas, libros, etc.) y que las preferencias de un individuo sobre un artículo dado dependen de los grupos a los que pertenezcan. Pero además, permitimos que cada individuo y cada artículo pertenecan simultáneamente a diferentes grupos. Las comunidades superpuestas resultantes y las predicciones sobre las votaciones pueden inferirse con un algoritmo de maximiz / The increasing availability of social data sources from socio-technological systems ---systems that record our daily activity such as credit card records, call-phone records, email, etc.--- and on-line social networks ---such as facebook, twitter, instagram, etc.---, has made it possible to study human behavior from different perspectives. Uncovering the patterns behind this data would not only give us a better knowledge about our society but could also benefit our society in a number of ways such as adapting technology to social needs or design better policies to avoid spread of epidemics. The aim of this thesis is precisely to uncover both structural and temporal patterns in social systems and to develop predictive models based on them. In particular, we analyze the long-term evolution in an email network with over 1,000 individuals throughout four consecutive years. We find that, although the evolution of individual ties is highly unpredictable, the macro-evolution of social communication networks follows well-defined statistical laws, characterized by exponentially decaying log-variations of the weight of social ties and of individuals' social strength. At the same time, we find that individuals have social signatures that are remarkably stable over the scale of several years. Regarding predictability, we develop two network-based models: a recommender model, and a temporal inference model. Our recommender model makes scalable predictions and is considerably more accurate than current algorithms for large datasets. The approach is based on the assumption that there are groups of individuals and of items (e.g. movies, books, etc.), and that the preferences of an individual for an given item depend on their group memberships. Importantly, we allow each individual and each item to belong simultaneously to different groups. The resulting overlapping communities and the predicted preferences can be inferred with a scalable expectation-maximization algorithm based on a variational approximation. In the temporal inference model users can belong simultaneously to different groups, but also the time intervals belong to overlapping communities. The results suggest that the algorithm is able to distinguish real events of non-events almost perfectly.

The current investigation is aimed to improve the planning, orientation, monitoring, control and evaluation of the autonomous activities which a student must realize with the support of a Virtual Learning Environment (VLE). The chosen subject for this investigation is Physics in the European University of the Atlantic (UNEATLANTICO), which is taught during the first year of Engineering Degrees: Computer Engineering, Industrial Organisation and Agro-Food Engineering. The suggested methodology is based on a five-phase strategy: *Planning *Orientation *Monitoring *Control-evaluation *Assessment The activities of each phase are defined according to pedagogical and techonological aspects. A sample of the strategy's implementation was compiled during a seminar on Physics. The novelty is to disclose the relation between the autonomous activities and its particularities in VLE. In order to corroborate the appropriateness and scientific value of the strategy, experts criterion have been applied. A Iadov Test has been performed to demonstrate the strategy applied during the seminar. On the basis of the obtained results of the methodology and techniques aforementioned, it was performed a methodological triagulation that allowed to reinforce the value of the investigation. / La presente investigación está dirigida a mejorar la planificación, orientación, seguimiento, control y evaluación de las actividades autónomas que se espera que realice el alumno con apoyo del Entorno Virtual de Enseñanza/Aprendizaje (EVE/A) en la asignatura de Física, asignatura que se imparte en la Universidad Europea del Atlántico (UNEATLANTICO) durante el primer año de las carreras de Ingeniería: Ingeniería Informática, Ingeniería de Organización Industrial e Ingeniería de las industrias Agrarias y Alimentarias. Como aporte práctico se propone una estrategia metodológica constituida por cinco etapas: - Planificación - Orientación - Seguimiento - Control-evaluación - Valoración. Las acciones de cada etapa se definen teniendo en cuenta tanto el aspecto pedagógico como el tecnológico. Como muestra de la aplicación de la estrategia se describe su implementación en un seminario de la asignatura de Física. La novedad es haber revelado las relaciones que se dan con carácter de regularidades en la gestión de las actividades autónomas y sus particularidades en los EVE/A. Para corroborar la pertinencia y el valor científico de la estrategia se empleó el criterio de expertos. Se realizó un Test de Iadov para demostrar la factibilidad de la estrategia aplicada en el seminario. A partir de los resultados obtenidos con los métodos y técnicas mencionados se realizó una triangulación metodológica que permitió reforzar el valor de la investigación

The problem of academic achievement on the basic concepts of mechanical physics in the preparatory course of Introduction to Physics, and attitude of students to the course are the triggers for this study, on the development of a methodology, of teaching and learning using humor and sympathy as teaching tools. The hypothesis of this research suggests that the teaching model humorous constructivism increases the academic achievement of typical students of the course Introduction to Physics that offers the Polytechnic University of Puerto Rico. Behaviorist, constructivist, connectivist randomly assigned as the control groups, and the experimental group, the humorous constructivist model, to test this hypothesis, were the models used. The humorous constructivist model includes teaching strategies focused on the integration of everyday problems presented in a humorous, interesting and entertaining way. Statistical analysis was performed by comparing the results of the Force Concept Inventory (FCI), offered as recommended by its authors as pre and post tests. They were compared using the Tukey test, and this revealed that the humorous constructivist and constructivist learning models improved physics concepts significantly. Once on this stage of development, the humorous experimental constructivist model was refined to be validated. At the stage of validation, pretests were administered to randomly selected groups. Then, the concepts were presented with corresponding activities using the humorous constructivist model. The statistical analysis proposed by the authors of the FCI, reflected a significant increase in gain of knowledge of the concepts of mechanical physics. There was also an increase in the efficiency of the humorous constructivist teaching model, from 26% of efficiency obtained for the experimental stage to 40% obtained on validation stage. Finally the entire study concluded that the increase in learning (better grades on the post-test) of the students was more in the constructivist model. But it was with the humorous constructivist model that students showed having obtained higher gain (number of correct answers) on knowledge of the concepts of physics. We recommend research using the humorous constructivist model in other courses in the sciences or humanities, since it was reflected that students showed more interest, motivation and academic achievement. It calls for the replication of this study, to assess the impact of the model on the change in attitude of the students, as observed while this research was conducted. / La problemática del aprovechamiento académico de los conceptos básicos de la física mecánica en el curso propedéutico de Introducción a la Física y la actitud del estudiantado ante el curso son los detonantes para realizar este estudio sobre el desarrollo de una metodología de enseñanza y aprendizaje utilizando el humor y la simpatía como herramientas docentes. La hipótesis de esta investigación plantea que el modelo de enseñanza constructivista humorístico incrementará el aprovechamiento académico de los estudiantes típicos del curso de Introducción a la física que ofrece la Universidad Politécnica de Puerto Rico. Para probar esta hipótesis se utilizaron los modelos: conductista, constructivista, conectivista, asignados aleatoriamente a los grupos control y, al grupo experimental, el modelo constructivista humorístico. El modelo constructivista humorístico incluye estrategias de enseñanza enfocada en la integración de problemas cotidianos presentados de una manera jocosa, interesante y amena. El análisis estadístico se realizó comparando los resultados del Inventario del Concepto de Fuerzas (FCI) ofrecidos como recomiendan sus autores como pre y post prueba. Se compararon utilizando la prueba Tukey y esta arrojó que con los modelos constructivista y constructivista humorístico el aprendizaje de los conceptos de física mejoró significativamente. Una vez finalizada esta etapa del desarrollo experimental se perfeccionó el modelo constructivista humorístico para ser validado. En la etapa de validación se administraron las pre y las pruebas a los grupos seleccionados al azar, se presentaron los conceptos con las actividades didácticas correspondientes al modelo constructivista humorístico. De los análisis estadísticos propuestos por los autores del FCI, se reflejó un incremento significativo en la ganancia de conocimientos de los conceptos de física mecánica. También hubo un aumento en la eficiencia didáctica del modelo constructivista humorístico de un 26% a un 40%. Finalmente de la totalidad del estudio se concluyó que el modelo constructivista hubo más aumento en el aprendizaje (mejores calificaciones en la post prueba), de los estudiantes. Sin embargo fue con el modelo constructivista humorístico que los(as) estudiantes demostraron haber obtenido mayor ganancia (número de respuestas correctas) en los conocimientos sobre los conceptos de física. Se recomienda utilizar el modelo constructivista humorístico en otros cursos en el área de ciencias o humanidades, ya que en la investigación se reflejó que el estudiantado mostró mayor interés, motivación y aprovechamiento académico. Se exhorta la réplica de este estudio para evaluar el impacto del modelo en el cambio en actitud del estudiantado, observado mientras se realizó esta investigación

Hem estudiat la dependència amb la temperatura de la luminescència generada per nanopartícules dielèctriques dopades amb ions lantànids que poden ser utilitzades en nanotermometria luminescent. Hem analitzat nous materials amb emissió en el rang del visible de l’espectre electromagnètic, incloent Ho,Yb:KLu(WO4)2 i Ho,Tm,Yb:KLu(WO4)2, així com nanopartícules core-shell de Er,Yb:GdVO4@SiO2. També hem desenvolupat un nou mètode de síntesi solvotermal assistit per microones per nanopartícules de Er,Yb:NaYF4, que opera a temperatures més baixes i temps de reacció més curts que els mètodes convencionals. Hem utilitzat nanotermometria basada en la mesura dels temps de vida mitjana radiativa en nanopartícules up-conversores de Er,Yb:NaY2F5O per la determinació de temperatura en sistemes biològics, així com la determinació de temperatura pel canvi de color de l’emissió de nanopartícules de Tm,Yb:GdVO4@SiO2. Finalment, hem desenvolupat un sistema de nanotermometria luminescent simple i compacte que permetrà atansar la nanotermometria luminescent a l’entorn mèdic i industrial. Hem analitzat també la nanotermometria luminescent en la regió de l’infraroig proper. El Nd:KGd(WO4)2 mostra potencial com nanotermòmetre luminescent en aquesta regió per sistemes biològics, amb una profunditat de penetració d’1 cm en teixits biològics. Els ions Er3+ i Tm3+ mostren bandes d’emissió eficients en aquesta regió que poden utilitzar-se per nanotermometria luminescent en sistemes biològics. Les nanopartícules de Tm,Yb:GdVO4@SiO2, amb emissions localitzades en la primera finestra biològica, presenten una elevada sensitivitat tèrmica i s’han internalitzat en cèl·lules HeLa. Finalment, hem mostrat la multifuncionalitat de les nanopartícules de Ho,Tm:KLu(WO4)2 que actuen com nanotermòmetres, agents fototèrmics i marcadors biològics. També hem determinat l’eficiència de conversió fototèrmica del grafè i derivats, escalfadors eficients pel tractament de diverses malalties inclòs el càncer, i hem desenvolupat un nou mètode per determinar aquesta eficiència de conversió utilitzant una esfera integradora, un mètode que es pot estendre a altres agents fototèrmics. / Hemos estudiado la dependencia con la temperatura de la luminiscencia generada por nanopartículas dieléctricas dopadas con iones lantánido que pueden ser usadas en nanotermometría luminiscente. Hemos analizado nuevos materiales con emisión en el rango del visible del espectro electromagnético, incluyendo Ho,Yb:KLu(WO4)2 y Ho,Tm,Yb:KLu(WO4)2, así como nanopartículas core-shell de Er,Yb:GdVO4@SiO2. También hemos desarrollado un nuevo método de síntesis solvotermal asistido por microondas para nanopartículas de Er,Yb:NaYF4, que opera a temperaturas más bajas y tiempos de reacción más cortos que los métodos convencionales. Hemos utilizado nanotermometría basada en la medida de tiempos de vida media radiativa en nanoparticulas up-conversoras de Er,Yb:NaY2F5O para la determinación de temperatura en sistemas biológicos, así como la determinación de temperatura por el cambio de color de la emisión de nanopartículas de Tm,Yb:GdVO4@SiO2. Finalmente, hemos desarrollado un sistema de nanotermometría luminiscente simple y compacto que va a permitir acercar la nanotermometría luminiscente al entorno médico e industrial. Hemos analizado también la nanotermometría luminiscente en la región del infrarojo cercano. El Nd:KGd(WO4)2 muestra potencial como nanotermómetro luminiscentes en esta región para sistemas biológicos, con una profundidad de penetración de 1 cm en tejidos biológicos. Los iones Er3+ y Tm3+ muestran bandas de emisión eficientes en esta región que pueden utilizarse para nanotermometría luminiscente en sistemas biológicos. Las nanopartículas de Tm,Yb:GdVO4@SiO2, con emisiones localizadas en la primera ventana biológica, presentan una elevada sensitividad térmica y se han internalizado en células HeLa. Finalmente, hemos mostrado la multifuncionalidad de las nanopartículas de Ho,Tm:KLu(WO4)2 que actúan como nanotermómetros, agentes fototérmicos y marcadores biológicos. También hemos determinado la eficiencia de conversión fototérmica del grafeno y derivados, calentadores eficientes para el tratamiento de diversas enfermedades incluido el cáncer, y hemos desarrollado un nuevo método para determinar esta eficiencia de conversión utilizando una esfera integradora, un método que puede extenderse a otros agentes fototérmicos. / We studied the temperature dependence of the luminescence generated by dielectric nanoparticles doped with lanthanide ions to be used in luminescence nanothermometry. New materials emitting in the visible range of the electromagnetic spectrum, including Ho,Yb:KLu(WO4)2 and Ho,Tm,Yb:KLu(WO4)2 and Er,Yb:GdVO4@SiO2 core-shell nanoparticles have been analyzed for these purposes. Moreover, we developed a new and greener microwave-assisted solvothermal synthesis method for Er,Yb:NaYF4 nanoparticles that operates at lower temperatures and shorter reaction times than conventional methods. We used lifetime-based nanothermometry in upconversion Er,Yb:NaY2F5O nanoparticles for temperature determination in biological systems, and the change of color of the emission generated in Tm,Yb:GdVO4@SiO2 core-shell nanoparticles as a function of temperature. Furthermore, we developed a simple and compact setup that would approach luminescence nanothermometry to the real practical applications in medical and industrial environments. We also explored luminescence nanothermometry in the near infrared region of the electromagnetic spectrum. Nd3+-doped KGd(WO4)2 nanoparticles show potentiality as a luminescent nanothermometer in this region for biological systems, with a penetration depth of 1 cm in biological tissues. Er3+ and Tm3+ ions doped in different matrices have shown also efficient emission bands lying in the short-wavelength infrared region that can be used for luminescence thermometry in biological systems. Also, Tm3+,Yb3+:GdVO4@SiO2 core-shell nanoparticles with emissions located in the first biological window are presented as highly thermal sensitive nanothermometers and have been efficiently internalized in the HeLa cells. Finally, the multifunctionality of Ho3+ and Tm3+ co-doped KLu(WO4)2 nanoparticles has been shown, acting as nanothermometers, photothermal agents and biolabels for bioimaging. Also, we determined the photothermal conversion efficiency of graphene and graphene oxide, efficient heaters for the treatment of several diseases including cancer, and developed a new method for determining their photothermal conversion efficiency by using an integrating sphere, a method that can be extended to other photothermal agents.

In recent years with the emergence of new technologies, physics education has evolved towards more flexible and modern praxis. The master class where the teacher stands as main protagonist has been giving way to models in which the student is more participatory. There are different strategies that lead back these traditional channels toward more cooperative environment among students. Even textbooks have evolved into better resentations, better illustrations, clarity in the presentation of concepts, etc. This change has taken place only in form but not in substance. Throughout the years of teaching at the university it is found that students begin their studies with a set of misconceptions which are repeated year after year. This deficit is due to the progressive lack of the student interest and sometimes due to the too large extension of the programs to be covered. One of the most significant facts is that the Newton's third law it has been assimilated incorrectly. A well-known example is the one of the normal-weight forces in a block of m mass, where the student confuses the forces with an action-reaction pair. And the problem is that this fact is always repeated and there is no perception of changing the praxis to amend the error. The praxis carried out in different scenarios, both in text books as on internet, encourages students to acquire a misconception of the law. In this paper it is realized a full detailed study of the different reasons in which the students are "tempted" to acquire this wrong concept and it is proposed a methodology for students to acquire a cognitive model. The methodology proposed is based on crumbling the process of solving exercises on more basic stages which allow the students learn to learn, that is to say, strengthen their metaknowledge. It's about to use the same protocol to realize every exercise of dynamics, always applying the same steps and do that to reinforce its cognitive model. It means introducing a change in the praxis, different to the rest of scenarios: when building the diagram of free body for the various elements of the system, there is an obligation to indicate always the pair of action and reaction forces, although some of them would be irrelevant. This repetitive process in which every time that an interaction is analyzed it is indicated the pair of forces, allows to reinforce and learn the truly meaning of Newton's third law. The usual praxis that omit some of the pair of forces due to they are not necessary for the analytical study, induces students to ambiguities and wrong extrapolations. This new praxis is a significant change in the habits of teachers but ensures that students who follow this methodology, will completely abandon all the misconceptions and also will allow them to face new exercises without any difficulty, as they have learned to learn. The difference eradicates in the perspective of the students that until now was to see the exercises as different from each other and they did not have any method to solve them. They rely too much on the visual and mimetic comparison with prior exercises. With the new methodology, the students will see all the exercises as the same and will resolve them with a very strong pattern which will achieve their goal without any kind of effort. The commitment for this methodology allows us to break this conceptual error, whereas if we continue with traditional praxis, it is possible that our students complete their studies with these misconceptions, and if they become teachers, they will transmit their misconceptions to future generations and so on to infinity. / En los últimos años y con la aparición de las nuevas tecnologías, la enseñanza de la física ha ido evolucionando hacia praxis más flexibles y modernas. La clase magistral en que el profesor se erige como gran protagonista ha ido cediendo terreno hacia modelos en los que el alumno sea más participativo. Hay diversidad de estrategias que reconducen estos cauces tradicionales hacia entornos más cooperativos entre los alumnos. Incluso los libros de texto han evolucionado hacia mejores presentaciones, mejores ilustraciones, mayor claridad en la exposición de conceptos, etc. Este cambio ha tenido lugar solo en la forma pero no en el fondo. A lo largo de los años de docencia en la universidad se detecta que los alumnos inician sus estudios con un conjunto de conceptos erróneos y que además se van repitiendo curso tras curso. Generalmente se atribuye este déficit a la falta de interés progresivo del alumno y en ocasiones a que los programas que se deben cubrir son demasiados extensos. Uno de los hechos más significativos consiste en que la tercera ley de Newton se ha asimilado de forma incorrecta. Es bien conocido el ejemplo de las fuerzas peso y normal en un bloque de masa m, donde el alumno confunde a dichas fuerzas con una pareja acción-reacción. Este hecho se viene repitiendo año tras año y no se vislumbra ningún cambio de praxis para poder subsanar este error. La praxis que se lleva a cabo en distintos escenarios, ya sea en libros de texto como en internet, favorece que el alumno adquiera un concepto equivocado de dicha ley. En este trabajo se realiza un estudio detallado de los distintos motivos por los cuales se "tienta" al alumno a adquirir este concepto de forma errónea y se propone una metodología para que el alumno adquiera un modelo cognitivo. La metodología que se propone se basa en desmenuzar el proceso de resolución de los ejercicios en etapas más básicas que permiten al alumno aprender a aprender, es decir reforzar su metaconocimiento. Se trata de realizar todos los ejercicios de dinámica con el mismo protocolo, aplicando siempre los mismos pasos y reforzando así su modelo cognitivo. Para ello se introduce un cambio de praxis distinta al resto de escenarios: cuando se construye el diagrama del cuerpo libre para los distintos elementos del sistema se obliga a indicar siempre la pareja de fuerzas de acción y reacción, aunque alguna de ellas no resulte relevante. Este proceso repetitivo en el cual cada vez que se analiza una interacción se indica siempre la pareja de fuerzas, permite comprender y aprender el verdadero significado de la tercera ley de Newton. Las praxis habituales que omiten alguna de las parejas por no ser necesarias para el estudio analítico inducen al alumno a ambigüedades y extrapolaciones erróneas. Esta nueva praxis supone un cambio importante en las costumbres de los docentes pero garantiza que el alumno que sigue esta metodología abandona por completo todas las ideas erróneas de las que adolece y además le permite enfrentarse a ejercicios nuevos sin ningún tipo de dificultad, puesto que ha aprendido a aprender. La diferencia radica en que la perspectiva del alumno hasta ahora consistía en ver a los ejercicios como distintos entre ellos y no disponía de ningún método para resolverlo. Se apoya demasiado en la mimética visual y comparativa con otros ejercicios anteriores. Con la nueva metodología le permite ver a los ejercicios todos por un igual y los resuelve siguiendo un férreo patrón que le permite alcanzar su objetivo sin ningún tipo de esfuerzo. La apuesta por esta metodología permite romper este error conceptual, mientras que si seguimos con las praxis tradicionales nuestros alumnos pueden terminar sus estudios con todavía dichos errores y si se dedican a la enseñanza los transmitirán a las generaciones futuras y así hasta el infinito.

Experimental study was conducted to analyze the physical flow turbulence and sediment distribution with submerged vane. The objectives behind the investigation were verified and compare results with the Odgaard theory, also; achieved to measure vertical pressures acting on both sides of submerged vane, calculate lift and drag forces, lift and drag coefficients experimentally, that the theory of Odgaard was fails to predict satisfactorily. Other motivation of the study was investigates experimentally the hydrodynamic characterization of submerged vanes as; velocities fields, circulation, vorticity, bed topography, pressures, drag and lift forces with its coefficients, study physical fluid turbulence of submerged vanes as; Reynolds normal and shear stresses, turbulent kinetic energy and rate of dissipation, turbulence intensities, Kolmogorov scales, kinetic energy spectrum, turbulent velocities fields, fluctuating velocities and finally Reynolds stresses histograms. Tests were conducted with clear water was transported throughout the re-circulated rectangular channel with cross-section 7.5 m long, 2.52 m wide channel with a bed consisting of 50 cm thick layer of sand with a median diameter of 1.6-mm and a geometric standard deviation of 1.36. Velocities were measured with a 7 Acoustic Doppler Velocimeter ADV, which were calibrated and checked periodically, depths and water surface elevations were measured with a gauge that could be read with an error of less than 0.3 mm. The current meter, gauges were mounted on a movable instrument sliding carriage, which rode on rails a top of the channel walls, on a traversing mechanism, which enabled them to be positioned at any desired location in the channel. Positioning and data sampling were controlled from a computer program. The water surface elevations were used to determine water surface slope S and Darcy-Weisbach friction factor f=8gRS/u_o^2, where uo = undisturbed (pre-vane) cross-sectional-averaged velocity. In all tests, uo=0.2867 m/s, and the discharge Q=116,62 l/s =0.11662 m^3/s. The vanes were made of 14 mm-thick PVC sheet, they were rectangular in shape, with height H = 7 cm = 0.4337d, and length L = 25 cm = 3.571H. In all tests, the vanes were placed at an angle of attack of 20 degrees with the channel centerline. Water depth was 0.1614 m, pre-vane water surface slope, friction factor and geometric standard deviation, sg, were 1.6×10^(-3), 0.045 and 1.36 respectively. The Vectrinos were been calibrated to work at 25Hz and for each position taken data for 4 minutes, a sample volume that is located approximately 4.3 mm of the device. For each position there are seven Vectrinos 10 cm distance from one to other taking data, so data recorded 7 points at the same time. Data recorded were taking on about 24.080 points on whole the sectional cross channel, with the aim to measure the velocities once the channel-bed has reached to the permanent regime or steady state (equilibrium), during the measurements of velocities, we has taken the bed topography (bathymetry) of the channel-bed by using ADV. In the current dissertation, we installed 30 piezometers in each side of Vane. Once obtained the experimental pressures measured at the laboratory on both sides of vane, the pressure difference between vane sides (¿P), and the perpendicular resultant force (FR¿) acting on the vane, first calculated the resultant force between drag and lift components (FR), then we used this force to calculate drag force FD and lift force FL, also calculated Drag coefficient CD, and finally we calculated the Lift coefficient CL. Results, includes submerged vanes turbulence statistics as; Probability distribution of the velocity field, Reynolds stresses, Turbulence intensity, Kinetic and Dissipation energy, and finally, Kolmogorov turbulence scales. Other results contain energy spectrum, turbulent velocities fields, fluctuating velocities and Reynolds stresses histograms. / El estudio experimental se ha llevado a cabo para analizar el funcionamiento, la turbulencia del flujo y el transporte de sedimentos con paneles sumergidos. Los objetivos tras la investigación fueron verificados y comparados con los resultados de la teoría de Odgaard, también; se han medido las presiones verticales que actúan sobre ambos lados de los paneles sumergidos, se han calculado las fuerzas de drag y lift y, sus coeficientes experimentalmente, ya que la teoría de Odgaard no pudo predecirlas satisfactoriamente. Otra motivación del estudio, fue investigar experimentalmente la caracterización hidrodinámica de los paneles sumergidos como; distribución de velocidades, circulación, vorticidad, topografía del fondo, presiones, fuerzas de drag y lift y sus coeficientes, tensiones de Reynolds, energía cinética turbulenta y disipación turbulenta, intensidades de turbulencia, escalas de Kolmogorov, espectro de energía cinética, campos de velocidades turbulentas, velocidades fluctuantes y finalmente, histogramas de las tensiones de Reynolds. Se realizaron pruebas en aguas claras, a lo largo de un canal rectangular con una sección de 7.5 m de largo, 2.52 m de ancho y un espesor de 50 cm de arena de 1.6 mm de diámetro medio y una desviación geométrica de 1.36. Las velocidades fueron medidas con 7 Acoustic Doppler velocímeter ADV, las que fueron calibradas y revisadas periódicamente, las profundidades y las alturas de superficie de agua fueron medidas con un limnímetro que puede leerse con un error de menos de 0.3 mm. Los paneles fueron construidos con placas de PVC de 14 mm de espesor, de forma rectangular, con altura H = 7 cm = 0.4337d y longitud L = 25 cm = 3.571H. En todos los ensayos, los paneles se colocaron con un ángulo de ataque al flujo de 20 grados con la línea central del canal. El calado del agua es de 0.1614 m, la pendiente superficie, el factor de fricción y la desviación geométrica, fueron, 0.045 y 1.36 respectivamente. Los Vectrinos se han calibrado para trabajar a 25Hz y con un volumen de control de 4.3 mm, para cada posición se tomaron datos durante 4 minutos. Para cada posición hay siete Vectrinos con una distancia de 10 cm entre ellos, registrando por lo tanto 7 puntos al mismo tiempo. Los datos registrados fueron alrededor de 24,080 puntos en toda la sección del canal, con el objetivo de medir las velocidades una vez los sedimentos en el canal han alcanzado el régimen permanente o estacionario (equilibrio), durante las mediciones de las velocidades, se ha medido la topografía del fondo (batimetría) mediante el uso de los sensores ADV. La tesis actual, ha desarrollado un sistema para medir la presión vertical que actúa sobre ambas caras del panel, se instalaron 30 piezómetros de plástico en cada lado del panel. Una vez obtenida la presión experimental medida en el laboratorio a ambos lados del panel, se halla la diferencia de presión entre los dos lados, y la fuerza perpendicular resultante actuando sobre el panel, primero se calculó la fuerza resultante entre los dos componentes de drag y lift, para utilizarla después en el cálculo de la fuerza del drag FD y lift FL, así como el coeficiente de arrastre CD, y finalmente se calculó el coeficiente de lift CL. Los resultados de turbulencia incluyen; Distribución de probabilidad de la distribución de velocidades, tensiones de Reynolds, intensidad turbulenta, energía cinética y disipación. Finalmente, escalas de turbulencia de Kolmogorov. Otros resultados contienen el espectro de energía, campos de velocidades turbulentas, velocidades fluctuantes y los histogramas de las tensiones de Reynolds.

Els edificis, des de la construcció, a l'ús, fins a la demolició, són responsables d'un considerable impacte sobre el medi ambient. Bona part de l'impacte ambiental del sector de la construcció està relacionat amb el consum d'energia. Dintre de les fases del cicle de vida de l'edifici, la fase d'ús és aquella en què s'empra la major quantitat de energia. A l'hora de considerar l'impacte del sector, és necessari prendre en compte que la nova construcció és encara predominant a escala global. En projectes de nova construcció és essencial que ja des de les fases de disseny es prenguin les decisions coneixent les seves implicacions en termes d'energia, per a reduir l'impacte negatiu dels futurs edificis. En aquest context, les eines existents per a modelar el funcionament energètic dels edificis poden aplicar-se per a predir les seves prestacions. Alguns autors apunten a aquest tipus d'aplicació com prometedora per a una millor utilització de l'energia en els edificis. A pesar de l'existència d'una gran varietat d'eines que apliquen des de mètodes de càlcul simplificat fins a mètodes de simulació avançada, avui dia el seu ús en la pràctica professional és limitat. Sovint, els càlculs de les prestacions energètiques es limiten a les etapes finals del projecte. En molts casos es tracta de verificacions convencionals, com sol ocórrer en l'aplicació dels procediments de càlcul necessaris per a la certificació energètica. Les auditories energètiques més detallades són desenvolupades per part d'un nombre limitat de consultores energètiques en uns pocs països i es porten a terme per a edificis excepcionals per magnitud i tipologia. Les excepcions existents no són rellevants respecte a l'impacte global del sector de la construcció en el medi ambient. En la majoria dels projectes els procediments de càlcul de les prestacions energètiques no estan integrats al llarg de tot el procés de disseny; la seva eficaç i efectiva incorporació en la rutina dels professionals en suport a les decisions de projecte és fora del comú. Resulta paradoxal que les eines de càlcul s'explotin més en projectes excepcionals que en la gran majoria dels projectes que realment determinar l'impacte del sector. En aquesta tesi, investiguem l'ús de mètodes per al càlcul de les prestacions energètiques dels edificis en la pràctica rutinària del projecte. L'objectiu és entendre millor les barreres i les potencialitats dels diferents tipus de mètode de càlcul que existeixen actualment amb la finalitat de millorar la seva explotació. El nostre interès es dirigeix, més enllà de projectes singulars, cap a la integració de l'avaluació energètica en l'activitat dels professionals comuns. Amb aquest estudi pretenem contribuir a omplir un buit que és reconegut en la literatura: la necessitat de més investigació sobre la integració en el procés de disseny de les eines per al càlcul de les prestacions energètiques dels edificis. La majoria dels estudis s'aproximen a aquest tema des dels camps de l'enginyeria i de la física de la construcció. En canvi, en aquesta tesi s'aborda el tema des de la perspectiva del projecte, parant esment al procés a través del que es genera la solució de projecte. Per tant, el focus no està en l'anàlisi energètica, sinó en la seva integració en el procés de disseny. El treball realitzat inclou una investigació teòrica i dos cas d'estudis. La investigació teòrica abasta àrees disciplinessis que tendeixen a estar separades en la literatura, com el projecte arquitectònic i l'avaluació energètica dels edificis. Aquest enfocament interdisciplinari és la base per a examinar l'ús dels mètodes de càlcul de les prestacions energètica en el context del projecte. Els dos casos d'estudi serveixen de complement a la investigació teòrica. Cadascun se centra en la reconstrucció i l'anàlisi del procés de disseny d'un edifici multi-familiar d'habitatges socials. En ambdós casos hem examinat de quina manera els mètodes de càlcul aplicats per l'equip de projecte han estat integrats en el procés. La investigació teòrica es basa en la revisió de la literatura seguint dues línies paral•leles d'estudi. Una línia aborda el procés de disseny de l'edifici, abastant des d'estudis previs sobre el disseny, fins a metodologies per a la integració de l'avaluació energètica en el procés de disseny. El treball posa en evidència la complexitat del procés de disseny, ressaltant el seu caràcter holístic i dinàmic. L'altra línia d'investigació s'ocupa de l'avaluació energètica dels edificis i en particular dels mètodes per al càlcul de les prestacions energètiques. L'estudi posa de manifest la gran diversitat que existeix en la ventall dels mètodes disponibles. A través d'aquestes dues línies d'investigació s’estableix la base per al següent pas de la investigació: a partir d'aquí es tracta la utilització dels mètodes de càlcul existents en el context del projecte. L'anàlisi teòrica es complementa mitjançant l'observació del disseny en la pràctica professional. L'estudi mostra que part dels obstacles que dificulten una aplicació eficaç de les eines per al càlcul energètic és inherent al procés de disseny. Es posa de manifest que cada fase del procés de disseny és distinta, l'evolució del procés és en gran mesura impredictible i la faceta de l'energia s'ha de conciliar amb altres aspectes del projecte que sorgeixen al llarg del procés. Per aquest motiu no és trivial coordinar l'anàlisi de les prestacions energètiques amb altres tasques de disseny. A més de les dificultats que comporta el disseny, el desafiament per als equips de projecte es complica encara més a causa de la complexitat intrínseca de l'avaluació energètica. En aquest context, la selecció d'una eina apropiada es torna crucial. Estudis precedents destaquen la necessitat d'investigar sobre la identificació de mètodes de càlcul adequats per al disseny. Per aquesta raó, una part central en el treball aborda la identificació d'eines adequades per a les diferents fases del procés de disseny. Estudis anteriors han considerat diverses eines i comparat cadascuna analitzant les seves característiques. En aquesta tesi en canvi, analitzem com aquestes característiques s'adapten a les necessitats d'un equip de professionals que s'enfronta a un procés de disseny, ressaltant les diferències entre cada fase del procés i la singularitat de cada projecte. En particular, identifiquem i analitzem deu factors clau per a la integració de mètodes de càlcul apropiats en el projecte (per exemple, la immediatesa, l'exactitud, la capacitat de resposta a les decisions de disseny i la flexibilitat a les modificacions de projecte). Aquest conjunt de factors permet analitzar sistemàticament com les característiques de les eines de càlcul s'adeqüen a les necessitats del projecte. En aquesta tesi es destaca que la selecció de mètodes de càlcul adequats comporta un compromís difícil. Una aplicació eficaç dels mètodes de càlcul existents requereix la capacitat d'enfrontar-se a necessitats contradictòries, i trobar un equilibri entre elles que sigui adequat per a cada projecte. Per exemple, les necessitats de detall en el model i d'exactitud en el càlcul han de conciliar-se amb a la informació disponible en cada fase de projecte. Alhora, la creació d'un model detallat ha de ser compatible amb la quantitat de temps disponible i amb la necessitat de sincronitzar les tasques de disseny. Així mateix, la complexitat del model ha de ser congruent amb les competències de l'equip de disseny. Tots aquests factors, que són determinants per a l'elecció dels mètodes de càlcul, no són obvis. Es poden comprendre a fons solament si el procés de disseny, un context d'aplicació complex, s'entén amb claredat. El conflicte argumentat en aquesta tesi entre necessitats contraposades dintre d'un mateix projecte ofereix una clau per a explicar l'ús limitat de les eines de càlcul energètic. En contrast amb aquesta tendència, a través de l'anàlisi sistemàtica sobre la integració en el projecte de mètodes de càlcul apropiats, vam intentar construir un marc conceptual que és necessari per a millorar l'aplicació de les eines. Aquesta sistematització és indispensable per a facilitar la identificació d'eines adequades dintre de les pràctiques rutinàries del projecte. La capacitat de seleccionar mètodes de càlcul apropiats és essencial per a que el seu ús s'estengui entre més professionals i per a que les eines de càlcul es puguin explotar d'una manera més fructuosa. / Los edificios, desde la construcción, al uso, hasta la demolición, son responsables de un considerable impacto sobre el medio ambiente. Buena parte del impacto ambiental del sector de la construcción está relacionado con el consumo de energía. Dentro de las fases del ciclo de vida del edificio, la fase de uso es aquella en que se emplea la mayor cantidad de energía. A la hora de considerar el impacto del sector, es necesario tomar en cuenta que la nueva construcción es todavía predominante a escala global. En proyectos de nueva construcción es esencial que ya desde las fases de diseño se tomen las decisiones conociendo sus implicaciones en términos de energía, para reducir el impacto negativo de los futuros edificios. En este contexto, las herramientas existentes para modelar el funcionamiento energético de los edificios pueden aplicarse para predecir sus prestaciones. Algunos autores apuntan a este tipo de aplicación como prometedora para una mejor utilización de la energía en los edificios. A pesar de la existencia de una gran variedad de herramientas que aplican desde métodos de cálculo simplificado hasta métodos de simulación avanzada, hoy día su uso en la práctica profesional es limitado. A menudo los cálculos de las prestaciones energéticas se limitan a las etapas finales del proyecto. En muchos casos se trata de verificaciones convencionales, como suele ocurrir en la aplicación de los procedimientos de cálculo necesarios para la certificación energética. Las auditorías energéticas más detalladas son desarrolladas por parte de un número limitado de consultoras energéticas en unos pocos países y se llevan a cabo para edificios excepcionales por tamaño y tipología. Las excepciones existentes no son relevantes respecto al impacto global del sector de la construcción en el medio ambiente. En la mayoría de los proyectos los procedimientos de cálculo de las prestaciones energéticas no están integrados a lo largo de todo el proceso de diseño; su eficaz y efectiva incorporación en la rutina de los profesionales en soporte a las decisiones de proyecto es fuera de lo común. Resulta paradójico que las herramientas de cálculo se exploten más en proyectos excepcionales que en la gran mayoría de los proyectos que realmente determinar el impacto del sector. En esta tesis, se investiga el uso de métodos para el cálculo de las prestaciones energéticas de los edificios en la práctica rutinaria del proyecto. El objetivo es entender mejor las barreras y las potencialidades de los distintos tipos de método de cálculo que existen actualmente con el fin de mejorar su explotación. Nuestro interés se dirige, más allá de proyectos singulares, hacia la integración de la evaluación energética en la actividad de los profesionales comunes. Con este estudio se pretende contribuir a llenar un vacío que es reconocido en la literatura: la necesidad de más investigación sobre la integración en el proceso de diseño de las herramientas para el cálculo de las prestaciones energéticas de los edificios. La mayoría de los estudios se aproximan a este tema desde los campos de la ingeniería y de la física de la construcción. En cambio, en esta tesis se aborda el tema desde la perspectiva del proyecto, prestando atención al proceso a través del cual se genera la solución de proyecto. Por tanto, el foco no está en el análisis energético, si no en su integración en el proceso de diseño. El trabajo realizado incluye una investigación teórica y dos caso de estudios. La investigación teórica abarca áreas disciplinares que tienden a estar separadas en la literatura, como el proyecto arquitectónico y la evaluación energética de los edificios. Este enfoque interdisciplinario es la base para examinar el uso de los métodos de cálculo de las prestaciones energética en el contexto del proyecto. Los dos casos de estudio sirven de complemento a la investigación teórica. Cada uno se centra en la reconstrucción y el análisis del proceso de diseño de un edificio multifamiliar de viviendas sociales. En ambos casos hemos examinado de qué manera los métodos de cálculo aplicados por el equipo de proyecto han sido integrados en el proceso. La investigación teórica se basa en la revisión de la literatura siguiendo dos líneas paralelas de estudio. Una línea aborda el proceso de diseño del edificio, abarcando desde estudios previos sobre el diseño, hasta metodologías para la integración de la evaluación energética en el proceso de diseño. El trabajo pone en evidencia la complejidad del proceso de diseño, resaltando su carácter holístico y dinámico. La otra línea de investigación se ocupa de la evaluación energética de los edificios y en particular de los métodos para el cálculo de las prestaciones energéticas. El estudio pone de manifiesto la gran diversidad que existe en la abanico de los métodos disponibles. A través de estas dos líneas de investigación se establece la base para el siguiente paso de la investigación: a partir de aquí se trata la utilización de los métodos de cálculo existentes en el contexto del proyecto. El análisis teórico se complementa mediante la observación del diseño en la práctica profesional. El estudio muestra que parte de los obstáculos que dificultan una aplicación eficaz de las herramientas para el cálculo energético es inherente al proceso de diseño. Se pone de manifiesto que cada fase del proceso de diseño es distinta, la evolución del proceso es en gran medida impredecible y la faceta de la energía se tiene que conciliar con otros aspectos del proyecto que surgen a lo largo del proceso. Por este motivo no es trivial coordinar el análisis de las prestaciones energéticas con otras tareas de diseño. Además de las dificultades que conlleva el diseño, el desafío para los equipos de proyecto se complica aún más debido a la complejidad intrínseca de la evaluación energética. En este contexto, la selección de una herramienta apropiada se vuelve crucial. Estudios precedentes destacan la necesidad de investigar sobre la identificación de métodos de cálculo adecuados para el diseño. Por esta razón, una parte central en el trabajo aborda la identificación de herramientas adecuadas para las distintas fases del proceso de diseño. Estudios anteriores han considerado varias herramientas y comparado cada una analizando sus características. En esta tesis en cambio, analizamos como estas características se adaptan a las necesidades de un equipo de profesionales que se enfrenta a un proceso de diseño, resaltando las diferencias entre cada fase del proceso y la singularidad de cada proyecto. En particular, identificamos y analizamos diez factores clave para la integración de métodos de cálculo apropiados en el proyecto (por ejemplo, la inmediatez, la exactitud, la capacidad de respuesta a las decisiones de diseño y la flexibilidad a las modificaciones de proyecto). Este conjunto de factores permite analizar sistemáticamente como las características de las herramientas de cálculo se adecuan a las necesidades del proyecto. En esta tesis se destaca que la selección de métodos de cálculo adecuados conlleva un compromiso difícil. Una aplicación eficaz de los métodos de cálculo existentes requiere la capacidad de hacer frente a necesidades contradictorias, y encontrar un equilibrio entre ellas que sea adecuado para cada proyecto. Por ejemplo, las necesidades de detalle en el modelo y de exactitud en el cálculo tienen que conciliarse con a la información disponible en cada fase de proyecto. A la vez, la creación de un modelo detallado debe ser compatible con la cantidad de tiempo disponible y con la necesidad de sincronizar las tareas de diseño. Asimismo, la complejidad del modelo debe ser congruente con las competencias del equipo de diseño. Todos estos factores, que son determinantes para la elección de los métodos de cálculo, no son obvios. Se pueden comprender a fondo solo si el proceso de diseño, un contexto de aplicación complejo, se entiende con claridad. El conflicto argumentado en esta tesis entre necesidades contrapuestas dentro de un mismo proyecto ofrece una clave para explicar el uso limitado de las herramientas de cálculo energético. En contraste con esta tendencia, a través del análisis sistemático sobre la integración en el proyecto de métodos de cálculo apropiados, intentamos construir un marco conceptual que es necesario para mejorar la aplicación de las herramientas. Esta sistematización es indispensable para facilitar la identificación de herramientas adecuadas dentro de las prácticas rutinarias de proyecto. La capacidad de seleccionar métodos de cálculo apropiados es esencial para que su uso se extienda entre más profesionales y para que las herramientas de cálculo se puedan explotar de un modo más fructuoso. / Buildings, from the construction to the use until the disposal, are responsible for a considerable impact on the environment. Much of the environmental impact of the building sector is related to energy use. In the whole building life-cycle, the largest amount of energy is employed for the building operation. When the sector impact is considered, it is necessary to take into account that new construction is still predominant at a global scale. In projects of new construction it is essential to make energy conscious decisions from the design phases to limit the negative impact of new buildings. In this context the use of existing energy modelling tools to predict building performance is seen as a promising way to improve the energy performance of buildings. Despite the existence of a great variety of tools, which implement from simplified calculation methods to advanced simulation methods, their use in current design practise is limited at present. Often energy calculations are confined to final design stages and conventional verifications, as it frequently occurs in the application of energy certification procedures. Meanwhile, deeper analyses are circumscribed to a few engineering firms in a few countries and they regard exceptional buildings in size and typology. Existing exceptions are not relevant for the global impact of the building sector. In most projects energy modelling is not deeply integrated throughout the whole process. Its effective penetration in routine work of practitioners to support design decisions is very restricted. The paradox is that energy modelling has more application in exceptional projects than in the great majority of projects that really determine the sector impact. In this thesis, the use of energy calculation methods in routine design is investigated. The aim is to better understand the application barriers and the potential of existing modelling approaches, in order to improve their exploitation. Our concern is the integration of energy assessment in the activity of common practitioners behind exceptional cases. With this study we intend to contribute to filling a gap that is recognised in literature: the need for more research on the integration of energy modelling into the design process. Most studies have been carried out in the fields of engineering and building physics. This thesis instead is approached from the design perspective, paying attention to the process by which the design solution is generated. Then the focus is not on energy analysis, but on its integration in the design process. The work carried out includes a theoretical research and two case studies. The theoretical research encompasses disciplines that tend to be separated in literature, as building design and energy performance assessment. This interdisciplinary approach is the base to examine the use of existing modelling methods within the context of building design. The theoretical research is complemented with the two case studies, each one concerning the reconstruction and the analysis of the design process of a multifamily building for social housing. In both cases we have examined how the calculation methods applied by the design team have been integrated into the process. The theoretical research is based on the review of the literature following two parallel lines of inquiry. One line deals with the building design process, spanning from previous studies on design to methodologies for the integration of performance assessment in building design. The work reveals the complexity of design, evidencing the dynamic and holistic nature of the design process. The other line of inquiry deals with energy performance assessment, and in particular, with existing methods for the calculation of the energy performance of buildings. The study gives evidence of the considerable diversity existing in the range of the available methods. These two lines of inquiry set the base for the next step of the research, which focuses on the use of existing modelling methods within the context of building design. Our theoretical analysis is complemented by observation of the real design practice. The study shows that a part of the obstacles that hinder an effective application of energy modelling are inherent to the design process. In fact, the stages of the design process differ from each other, the evolution of the process is largely unpredictable, and the energy aspect must be conciliated with other aspects that rise through the process. So it is not trivial to coordinate the energy assessment with other design tasks. The challenge for design teams is complicated further by the intrinsic complexity of building energy analysis. In this context the selection of an appropriate tool becomes crucial. Precedent studies highlighted the need for research on the identification of suitable modelling methods. For this reason, a central part in the work deals with the identification of appropriate tools to be used at different stages of the design process. Precedent studies have made a screening of individual tools to scrutinize their features. In the thesis instead we focus on how tools features match with design needs, stressing the differences between design stages and the singularity of each project. In particular we identify and discuss ten key factors for the suitability of energy modelling tools (such as feedback immediacy, responsiveness to design decisions, flexibility to design modification, accuracy and so on). This framework provides a systematic way of analysing how tools features match with design needs. The work presented in this thesis highlights that the selection of suitable calculation methods entails a difficult trade-off. In fact, the effective application of existing calculation methods requires the capacity to cope with conflicting needs in order to find a proper balance for each project. For instance, the detail and the accuracy of the model have to adapt to the information available at each design stage. At the same time, the creation of a detailed model must be compatible with the time limitations of the project and the synchronization of design tasks. Likewise, the model complexity must be congruous with the competences of the design team. All these factors, which are determinant for the choice of the energy calculation methods, are not self-evident. They are comprehensible only if the design process, the context of application, is well understood. The conflicting needs that we have identified provide an explanation for the limited use of energy calculation tools. At the same time, the systematic analysis on the suitability of calculation methods constitutes a conceptual framework that may improve the application of tools. In fact, this systematization is necessary to facilitate the identification of suitable tools for routine design. The proper selection of the calculation methods is essential to extend their use and exploit them in a more fruitful way.

En esta tesis doctoral se utilizan diversas estrategias de ingeniería estructural para desarrollar nuevas nanoestructuras basadas en alúmina nanoporosa. Dichas nanoestructuras o moldes son posteriormente utilizados para desarrollar otras nanoestructuras innovadoras basadas en ciertos materiales tales como polímeros, metales magnéticos y semiconductores, interesantes desde el punto de vista de futuras aplicaciones. Las nanoestructuras replicadas a partir de los moldes de alúmina porosa pueden ser integradas en varios tipos de nanodispositivos (nanoelectrodos para deposición directa de nanopartículas desde una corriente de gas, precipitadores electrostáticos, células solares con heterouniones volumétricas, dispositivos ópticos unidimensionales, nanofiltros, etc.).En primer lugar, se fabrican cuatro tipos tradicionales de alúmina porosa autoordenada utilizando la anodización blanda en dos pasos. Los ácidos utilizados para fabricar dichos tipos de alúmina porosa son sulfúrico, oxálico y fosfórico. Los voltajes de anodización aplicados son 20, 40 y 160-195 V, respectivamente. El diámetro del poro varia entre 20 y 250 nm, siendo la distancia entre poros 55, 100 y 400-500 nm, respectivamente. Posteriormente, se fabrica alúmina porosa autoordenada utilizando la anodización dura en un paso utilizando ácido oxálico. También se emplea la anodización dura en dos pasos para fabricar moldes de alúmina porosa ordenada sin capa protectiva, la cuál es característica de un proceso de anodización dura en un paso. Además, siguiendo una técnica de re-anodización, se elimina la capa barrera de óxido de la parte posterior de los moldes de alúmina sin eliminar el sustrato de aluminio ni desprender el molde de alúmina del sustrato. Después, por medio de un proceso de anodización asimétrico en el cuál se modifican las condiciones de anodización (voltaje de anodinado, tipo y concentración de ácido), se fabrican moldes de alúmina jerarquizados con múltiples configuraciones. También se producen moldes de alúmina porosa bicapa combinando anodizado duro y blando. Posteriormente, se emplea un molde de nitruro de silicio para fabricar moldes de alúmina porosa perfectamente ordenados mediante la técnica de nanoimpresión. Además, utilizando esta misma técnica y seleccionando las condiciones de anodización adecuadas, es posible fabricar moldes de alúmina porosa perfectamente ordenados con un ordenamiento de poros extraordinario. Finalmente, se fabrican nanoembudos basados en alúmina porosa intercalando consecutivamente pasos de anodizado y ampliación de diámetro de poro. Dichas nanoestructuras son diseñadas con un alto grado de precisión mediante dos procesos de calibración sistemáticos. Además, se desarrolla un modelo teórico que predice el crecimiento del poro durante el proceso de anodización. Este modelo es experimentalmente validado.A partir de dichas nanoestructuras basadas en moldes de alúmina porosa se estudian varias aplicaciones. En primer lugar, se sinterizan nanopilares magnéticos ordenados sobre sustratos de aluminio mediante deposición electroquímica. Estos se caracterizan por varias técnicas (ESEM, EDXS y XRD). Por sus propiedades magnéticas, dichos nanopilares podrían ser empleados como nanoelectrodos para deposición directa de nanopartículas desde una corriente de gas o como precipitadores electrostáticos. En segundo lugar, se fabrican estructuras poliméricas compuestas de nanopilares sobre un sustrato nanoestructurado basado en el mismo polímero. Para ello, se emplean moldes de alúmina porosa jerarquizados. Además, nanopilares del mismo polímero son transferidos sobre sustratos de ITO/vidrio. La nanoestructura resultante es caracterizada por ESEM, TEM, XRD, CS-AFM y se demuestra que ésta puede ser óptima para integrarse en celdas solares orgánicas con heterouniones volumétricas de alto rendimiento. En tercer lugar, se presenta la primera etapa en la fabricación de mosaicos de nanohilos y nanotubos de níquel. Además, dichas nanoestructuras se utilizan para llevar a cabo un estudio sistemático sobre cómo la re-organización de los poros durante el cambio de régimen de anodización de blando a duro en moldes de alúmina porosa bicapa. Estos mosaicos de nanoestructuras magnéticas podrían ser empleados para desarrollar nuevas plataformas de almacenamiento de datos. Finalmente, se fabrican cadenas de nanoesferas de silicio por infiltración bajo vacío a través de nanoembudos basados en alúmina porosa. Dichas nanoestructuras podrían ser integradas en dispositivos ópticos de tamaño nanométrico. / In this PhD thesis, several structural engineering strategies are applied to develop innovative templates based on nanoporous anodic alumina. These templates are subsequently used to develop other nanostructures based on certain materials with multiple applications such as polymers, magnetic metals and semiconductors. These replicated nanostructures could be integrated in various types of nanodevices (e.g. nanoelectrodes for direct deposition of nanoparticles from a gas draught, bulk-heterojunction solar cells, one-dimensional optoelectronic devices, nanofilters and so on). It is expected that the results presented will become a starting point to develop new nanodevices and applications in a wide range of research fields.

Amb aquesta tesi s'intenta aportar la informació necessària per a millorar el coneixement dels camps de radiació ionitzant ambiental d'origen natural, i contribuir així a la millora de la gestió de les estacions de vigilància radiològica ambiental. Es fa especial èmfasi en les variacions de la taxa de dosi ambiental i la seva relació amb diverses variables meteorològiques com la pressió atmosfèrica, la concentració de radó a l'aire, i la presència de descendents del radó (214Pb y 214Bi) a la pluja. D'aquesta forma, s'han modelitzat les oscil·lacions de la radiació ionitzant ambiental durant els episodis secs (absència de pluja) i durant certs episodis humits (presència de pluja). Els paràmetres d'aquest model s'han obtingut mitjançant les dades experimentals obtingudes durant diversos anys (1995 a 1998) a l'estació ESCRA. Posteriorment s'ha utilitzat el model per a reproduir la variació de la taxa de dosi natural durant l'any 1999, obtenint-se resultats molt satisfactoris. Pel que respecta als episodis humits, també s'han reproduït els increments de taxa de dosi ambiental natural durant i després de períodes de pluja, utilitzant les dades registrades amb l'equip SARAC. Aquest equip, que ha sigut desenvolupat íntegrament en el marc d'aquesta tesi i s'ha instal·lat a l'estació ESCRA, permet determinar la concentració d'emissors de radiació gamma de vida curta, presents a l'aigua de pluja. Un dels avantatges d'aquest dispositiu consisteix en que ofereix resultats de forma continua, donat que es troba totalment automatitzat. Per a la identificació de radionúclids emissors gamma utilitza un sistema d'espectrometria gamma amb cristall de germani intrínsec d'alta puresa (HPGe), refrigerat amb nitrogen líquid. El funcionament de l'equip SARAC ha permès determinar la concentració dels descendents del radó que són emissors gamma (214Pb y 214Bi) a l'aigua de pluja, i observar la seva variació al llarg de tot un episodi de pluja a intervals de 10 minuts.S'aporten les tècniques necessàries per a determinar els factors de dosi que relacionen la concentració de radionúclids d'origen artificial depositats (per l'acció de la pluja) sobre el terreny que envolta l'estació ESCRA, amb la taxa de dosi mitjana en diverses posicions de la torre meteorològica de la estació. Per a la determinació dels factors de dosi s'han utilitzat tècniques de simulació Monte Carlo (MC) i diverses tècniques de reducció de variança per a minimitzar el temps de simulació. En concret, s'ha utilitzat un paquet de rutines de simulació denominat PENELOPEEls resultats obtinguts en aquesta tesi indiquen que cada emplaçament a on s'ubica una estació de vigilància s'ha de caracteritzar meteorològicament i radiològiocament abans de la seva explotació, per tal de determinar de forma precisa els principals elements d'influència de la dosi ambiental. La modelització de les variacions de la taxa de dosi ambiental d'origen natural en episodis secs i humits permetrà discriminar els increments de dosi deguts a causes artificials de les exclusivament naturals que són registrats per les estacions de vigilància radiològica ambiental. D'aquesta forma es podrà optimitzar la gestió de les alertes i reduir el nombre de falses alarmes.En referència als episodis de pluja, l'equip SARAC és de gran utilitat, donat que a més de registrar els descendents de radó emissors gamma, també permet determinar de forma continua i in situ altres emissors gamma que puguin tenir un origen artificial. / Con esta tesis se pretende aportar la información necesaria para mejorar el conocimiento de los campos de radiación ionizante ambiental de origen natural y contribuir así a una mejor gestión de las estaciones de vigilancia radiológica ambiental. Se hace especial énfasis en las variaciones de la tasa de dosis ambiental y su relación con diversas variables meteorológicas tales como la presión atmosférica, la concentración de radón en el aire, y la presencia de descendientes del radón (214Pb y 214Bi) en la lluvia. De este modo, se han modelizado las oscilaciones de la radiación ionizante ambiental durante los episodios secos (ausencia de lluvia) y durante ciertos episodios húmedos (presencia de lluvia). Los parámetros de dicho modelo se han obtenido mediante los datos experimentales obtenidos durante varios años (1995 a 1998) en la estación ESCRA. Posteriormente se ha utilizado el modelo para reproducir la variación de la tasa de dosis natural durante el año 1999 obteniéndose resultados muy satisfactorios. Por lo que respecta a los episodios húmedos, también se han reproducido los incrementos de dosis ambiental natural durante y después de periodos de lluvia, empleando los datos registrados con el equipo SARAC. Dicho equipo, que ha sido desarrollado íntegramente en el marco de esta tesis y se ha instalado en la estación ESCRA, permite determinar la concentración de emisores de radiación gamma de vida corta, presentes en el agua de lluvia. La ventaja de dicho dispositivo consiste en que ofrece resultados de forma continua ya que se encuentra totalmente automatizado. Para la identificación de radionuicleidos emisores gamma utiliza un sistema de espectrometría gamma de germanio intrínseco de alta pureza refrigerado con nitrógeno líquido. La operación del equipo SARAC ha permitido determinar la concentración de los descendientes del radón emisores gamma 214Pb y 214Bi en el agua de lluvia y observar su variación temporal a lo largo de todo un episodio de lluvia a intervalos de 10 minutos.Se aportan las técnicas necesarias para determinar los factores de dosis que relacionan la concentración de radionucleidos de origen artificial depositados (por la acción de la lluvia) en el terreno que rodea la estación ESCRA, con la tasa de dosis medida en distintas posiciones de la torre meteorológica de la estación. Para la determinación de los factores de dosis se han utilizado técnicas de simulación Monte Carlo (MC) y ciertas técnicas de reducción de varianza para minimizar el tiempo de simulación. En concreto se ha utilizado un paquete de rutinas de simulación denominado PENELOPE.Los resultados obtenidos con esta tesis indican que cada emplazamiento donde se ubica una estación de vigilancia debe ser caracterizado meteorológicamente y radiológicamente con anterioridad a su explotación para determinar de forma precisa los principales elementos de influencia en la dosis ambiental. La modelización las variaciones de la tasa de dosis ambiental de origen natural en episodios secos y húmedos permite discriminar los incrementos de dosis debidos a causas artificiales de los exclusivamente naturales que son registrados por las estaciones de vigilancia radiológica ambiental. De esta forma se podrá optimizar la gestión de las alertas y reducir el número de falsas alarmas.En lo que se refiere a los episodios de lluvia, el equipo SARAC es de gran utilidad ya que además de registrar los descendientes de radón emisores gamma permite determinar de forma continua e in situ otros emisores gamma que pueden tener un origen artificial. / This thesis contributes to the knowledge of environmental ionizing radiation fields from natural origin. It is focused on the characterization of stations for the environmental ionizing radiation surveillance. We have modeled time variations of the environmental doserate related with the atmospheric pressure, the radon concentration in air, and rain precipitation. The presence of the radon progeny (214Pb and 214Bi - gamma emitters) in rain implies an increase on the environmental doserate. The model has been validated by means of experimental data, measured at the ESCRA Station (located in Barcelona) during several years (1995 to 1999). At wet (rain) periods, we have reproduced the increments of natural environmental doserate, using data collected with the SARAC device. This device has been developed entirely in the mark of this thesis and has been settled in the station ESCRA; it allows the measurement of short lived gamma emitters in rainwater. One of the goals of this device is that it is automated allowing the measurement of gamma emitters "in situ" each 10 minutes. Gamma emitters in rainwater are detected by mains of a High Purity Germanium Detector cooled with liquid nitrogen. The operation of the SARAC device has allowed the measurement of natural gamma emitter concentration in rainwater along rain episodes at intervals of 10 minutes.To model the environmental doserate variations with time, is required to know some dose factors which relates the gamma emitters deposited on the soil, in the surroundings of the ESCRA Station, with the doserate measured at a point (the position of a gamma probe). These dose factors have been obtained by means of the simulation of the transport of the gamma and beta radiation emitted by the soil, and their interaction with gamma probes and the surroundings of the ESCRA Station. These simulations have been done with techniques of Monte Carlo (MC) for the transport of gamma and beta radiation, and also techniques of variance reduction to minimize the time of the simulations. To perform these simulations, we have used the simulation package PENELOPE.The results obtained with this thesis shows that each station for the surveillance of environmental ionizing radiation should be meteorological and radiological characterized prior to its exploitation. It also implies the knowledge of the dose factors (at each probe location) of the main radionuclides (gamma emitters) presents in the soil and buildings surrounding the surveillance station. Monte Carlo simulation techniques described in this thesis could be used. The knowledge of the origin of natural variations of environmental doserate in dry and wet episodes allows discriminate those variations from artificial origin. This allows to optimize the administration of alerts and to reduce the number of false alarms.The successful operation of the SARAC device is a goal that allows us to increase our knowledge of the environmental ionizing radiation fields during rain episodes.

El doble tungstato cristalino de potasio y lutecio con estructura monoclínica, KLu(WO4)2, se ha establecido como una nueva matriz laser de estado sólido para iones de Tm, Yb y Ho debido a (i) las altas secciones eficaces de absorción y emisión; (ii) la relativamente larga distancia entre iones Lu-Lu permitiendo altos niveles de concentración de iones activos sin perdidas significativas por fluorescencia; y (iii) el tiempo de vida suficientemente largo del nivel emisor de la transición láser asegurando un alto almacenamiento de energía. Estas características son explotadas en este trabajo usando Tm como ion activo para generar emisión láser a 1.94 µm. El máximo local de absorción del agua a esta longitud de onda hace a este laser interesante para aplicaciones medicas y atmosféricas. Cambio de polarización, operación en dos longitudes de onda, laser vibrónico, diseño láser de capa delgada Thin-disk, Q-conmutado pasivo y la interacción láser-tejido del láser de Tm:KLu(WO4)2 a 1.94 µm son demostrados en este trabajo. / Monoclinic potassium lutetium double tungstate KLu(WO4)2 is established as new laser host for Tm, Yb and Ho active ions due to (i) its very high values of absorption and emission cross sections (ii) its relatively large Lu-Lu distances allowing high ion concentration with minimum fluorescence quenching effects and (iii) the long lifetime of the upper laser level ensuring high energy storage. These characteristics are exploited in this work using Tm as active ion to generate laser emission at 1.94 µm. The local maximum of water absorption at this wavelength makes this laser interesting for medical and atmospheric applications. Polarization switching, dual-wavelength operation, vibronic laser, thin-disk laser design, passive Q-switching and the laser-tissue interaction of the 1.94 µm Tm:KLu(WO4)2 laser are demonstrated in this work