La experimentación y posterior modelización de los procesos de transporte y transferencia de calor y de masa en medios poroso saturados encuentra un gran número de dificultades que se derivan fundamentalmente de la heterogeneidad del propio medio, de la metodología de su parametrización estructural y física para asimilarlo a un medio continuo.Los objetivos planteados en la presente tesis se han orientado hacia un mejor conocimiento de la influencia de diversos parámetros estructurales del medio poroso, así como de las propiedades de las substancias que constituyen la matriz sólida y la fase fluida saturante, en las características de ebullición de un medio poroso inicialmente saturado, calentado por su frontera inferior y limitado por una capa superior del mismo líquido saturante.A tal fin, se ha estudiado la influencia de la estructura del medio poroso (granular o fibrilar) y de la naturaleza de la sustancia que constituye la matriz sólida sobre la permeabilidad del medio poroso al agua y a una solución acuosa de tensioactivo, de baja concentración. Así mismo se ha estudiado la influencia respecto a la conductividad y difusividad térmicas efectivas en régimen no estacionario. Por último, utilizando la misma variedad de medios porosos saturados, se estudia el proceso de ebullición hasta que se alcanzan condiciones de "dryout", y se analizan las consecuencias que resultan de la variación de la estructura física del medio poroso, de la naturaleza de la sustancia que constituye su matriz sólida y de las propiedades del fluido saturante.En lo referente a las características fluidodinámicas y térmicas de los medios porosos estudiados se ha podido concluir:- La adición de un tensioactivo al agua saturante del medio poroso produce un comportamiento diferente según la naturaleza del sólido: en caso de inorgánica (arena) ocasiona un aumento de la permeabilidad intrínseca, mientras que en caso de orgánica (fibras de algodón) produce una reducción tanto mayor cuanto menor es la porosidad del medio poroso. Las causas de este diferente comportamiento, son las notables diferencias de absorción del tensioactivo según el tipo de sólido (orgánico o inorgánico) y la mejora substancial de la humectación de la superficie del sólido inorgánico por el fluido lo que activa la eficacia de desplazamiento de toda fase no acuosa adsorbida o retenida entre partículas.- La difusividad térmica efectiva promediada espacialmente tiende al valor de la difusividad del componente del medio poroso de menor difusividad térmica a medida que transcurre el tiempo de calentamiento.- La difusividad térmica efectiva de los medios porosos saturados en los que &#61548;s / &#61548;l < 1 se aproxima a la de la fase líquida; en los medios para los que &#61548;s / &#61548;l >> 1, dicha difusividad térmica efectiva es un grado de orden superior a la de la fase líquida.- La adición de tensioactivo a la fase líquida saturante provoca la disminución de la conductividad térmica efectiva de medio poroso saturado en aquellos en que la fase sólida es granular e inorgánica.En lo referente al proceso de calentamiento de un medio poroso saturado hasta ebullición-"dryout" de su fase líquida se ha descrito un modelo físico de comportamiento de los diferentes medios porosos que comporta las siguientes fases:i) Calentamiento del medio hasta la temperatura de saturación de su fase líquida, con evidente aumento de volumen de las fases sólida y líquida por dilatación térmica.ii) Proceso de evaporación con formación de una capa bifásica cuya frontera superior se desplaza a la velocidad del frente de vapor. Simultáneamente se produce una disminución de la presión fluidoestática en la frontera de la capa bifásica, lo que se traduce en una reducción del reflujo de líquido hacia la placa calefactora.iii) Total desaturación de la entrefase medio poroso-placa calefactora al recibir por reflujo menos líquido del que es capaz de evaporar la placa calefactora. Aparición del "dryout" y elevación progresiva de la temperatura de la placa.iv) Aparición, en algún caso, de un fenómeno de basculamiento de la fase líquida desde la capa subenfriada a la zona desaturada del medio poroso. / A large number of difficulties are found in the experimentation and later modelization of transport and transfer heat and mass process in saturated porous media, which basically derive from the heterogeneity of the medium, the methodology of structural and physic parameterization to assimilate it to a continuous medium.The raised aims in this doctoral thesis have been directed towards a better knowledge of the influence of several structural parameters of the porous medium, as well as of the properties of the solid matrix and the saturating fluid phase, in the characteristics of boiling of an initially saturated porous medium, heated by its lower boundary and limited by an upper layer of the same saturating liquid.For this, the influence of the structure of the porous medium (granular or fibrous) and the nature of the solid matrix on the permeability to water and to a surfactant solution of lower concentration have been studied. The influence in relation to effective thermal conductivity and diffusivity in unstationary regime has also been studied. Finally, the boiling process until to achieve dryout conditions has been studied, and the consequences result from the variation of the physical structure of the porous medium, the nature of the solid matrix and the properties of the saturating fluid have been analyzed.About the fluid dynamic and thermal characteristics of the porous media studied, the thesis concludes that:- The addition of a surfactant to the saturating water of the porous medium produces a different behaviour depending on the nature of the solid: in inorganic matrix (sand) occasions an increase in the intrinsic permeability, whereas in organic matrix (cotton fibres) produces a decrease as greater as smaller is the porosity of the porous medium. The reasons of this different behaviour are the notable differences of absorption of the surfactant depending on the sort of solid matrix (organic or inorganic) and the important increase of the wetting of the inorganic solid's surface by the fluid activating the displacement of all adsorbed or retained not watery phase between particles.- The spatially averaged effective thermal diffusivity tends to the value of the diffusivity of the component of the porous medium with lower thermal diffusivity throughout the boiling process.- The effective thermal diffusivity of the saturated porous media which have &#61548;s / &#61548;l < 1 approaches to of the liquid phase; in the media with &#61548;s / &#61548;l >> 1, the effective thermal diffusivity is a grade of upper order to the of liquid phase.- The addition of surfactant to the saturating liquid phase gives rise to the decrease of the effective thermal conductivity of the saturated porous medium with granular and inorganic solid phase. A physical model of behaviour of the different saturated porous media concerning heating process until to achieve dryout conditions has been described considering the next phases:i) Heating of the medium until the saturation temperature of its liquid phase, with evident increase of volume of the solid and liquid phases by thermal dilatation.ii) Evaporation process with creation of a biphasic layer whose upper boundary displaces to the velocity of the vapour front. Simultaneously a decrease of the fluid static pressure in the boundary of the biphasic layer is produced, what result in a reduction of the reflux of liquid towards the heating plate.iii) Total unsaturation of the porous medium-heating plate interphase caused by to receive less liquid by reflux that the heating plate is capable of evaporating.iv) Appearance, in some case, of a fast phenomenon of turn upside down of the liquid phase from subcooled layer to the unsaturated zone of the porous medium.

La intenció d'aquest projecte de recerca és anar més enllà de l' aconseguit pels sistemes existents de selecció i comparació de processos de Prototipat Ràpid, mitjançant la introducció d'una nova metodologia que tingui com a únic fi la 'Fabricació Final' de components. El sistema desenvolupat incorpora algunes de les eines més recents del camp de Intel·ligència Artificial, de manera que sigui possible aconseguir una metodologia concurrent que inclogui: · Sistemes experts, que s'executen durant el procés de presa de decisions amb alternatives múltiples. Els sistemes experts utilitzen típicament estructures del tipus: IF-THEN-ELSE o CASE, de manera que les opcions puguin ser 'cribrades' especialment durant les primeres etapes de la selecció. · Lògica difusa per a la presa de decisions. Normalment en l'àmbit de la fabricació, alguns termes lingüístics o paràmetres de tipus qualitatiu són utilitzats per definir estats o propietats. Per exemple és comú trobar termes qualitatius com ara: 'bones propietats mecàniques "o" alta taxa d'absorbència', en lloc de xifres i números puntuals. Per tant és necessari comptar amb un mètode per traduir i gestionar aquesta informació. La lògica difusa ha estat adoptada com a mitjà per traduir termes d'ordre qualitatiu a informació quantitativa de manera que a partir d'aquestes dades es pugui construir un sistema de classificació i rànquing de processos.· Presa de decisions Multi-criteri, agrupació (sumatòria) i classificació. Durant la investigació es van provar diferents mètodes per a la classificació d'alternatives i selecció final a partir de vectors d'ordre quantitatiu amb pesos ponderats. Per a aquesta finalitat es va adoptar la metodologia proposada per Lan et al. (2005) el qual es descriu en el capítol 5 d'aquest treball. · Xarxes Neuronals Artificials. Aquestes han estat aplicades per a la modelització i simulació d'alguns processos de Fabricació Ràpida prèviament seleccionats. Per exemple, el procés de Sinteritzat Selectiu Làser es va aconseguir modelar utilitzant Xarxes Neuronals amb un algorisme de "backpropagation", prenent com a informació base, les dades proporcionades pel software propietari de l'equip. Aquesta xarxa neuronal simula una màquina de sinteritzat làser model DTM Vanguard, disponible a la FundacioCIM-UPC a Barcelona. D'altra banda el procés de Fusió selectiva per làser ha estat modelat també mitjançant Xarxes Neuronals a partir de l'equip Concep Laser M2, disponible al laboratori d'Enginyeria mecànica de la Universitat Catòlica de Lovaina, Bèlgica. Els models extrets d'aquestes simulacions mostren una estimació del temps total de fabricació menor al 10% la qual cosa representa una millora substancial respecte a mètodes d'estimació paramètrics. · Finalment s'ha utilitzat la tècnica de bases de dades relacionals per a la gestió i emmagatzematge d'informació sobre materials. Aquestes bases de dades han estat creades en Ms Access, que proporciona la facilitat d'accés, filtrat, graficació i presentació de la informació requerida. Aquesta informació pot ser extreta automàticament mitjançant trucades ODBC, executades des de l'entorn Matlab.Per a il·lustrar el funcionament de les eines descrites en una forma integrada, s'ha optat per desenvolupar una aplicació pilot en Matlab, utilitzant alguns "Tool boxes" especialitzats com: Lògica difusa, Xarxes neuronals, Estadística, Utilitats de graficació, Creació d'interfície d'usuari (GUI), Bases de dades. El resultat d'aquesta integració és una aplicació pilot anomenada RMADS (Rapid Manufacturing Advice System), el qual compta amb una interfície gràfica d'usuari que es divideix en tres mòduls: · Requeriments generals de disseny. Aquest mòdul analitza els paràmetres usualment definits en les especificacions inicials de Producte, per exemple: tipus de material, toleràncies, acabat superficial, complexitat geomètrica, etc. · Mòdul de costos. Aquest mòdul utilitza paràmetres d'entrada prèviament introduïts com: volum de peça, mida de lot i dimensions totals, per a realitzar càlculs mitjançant mètodes paramètrics i models basats en xarxes neuronals. El resultat és una estimació del cost per peça i també el cost estès per volums grans. · Selecció de materials. Aquest mòdul mostra la natura iterativa del procés de selecció de materials, a través de criteris de "filtratge" o selecció, de manera que a cada iteració el nombre d'opcions sigui limitat a un nombre raonable d'alternatives. / The intention of this research is to go beyond currently available systems for the assessment and selection of Rapid Prototyping processes, hence introducing a new methodology devoted to 'Manufacturing' applications. Specifically the system would include a number of state of the art artificial Intelligence techniques to comprise a fully concurrent methodology, namely:· Expert systems are included to aid in the decision making process with multiple alternatives. Expert systems typically use If-Then-Else or CASE structures so that the available options can be screened specially during the first selection stages.· Fuzzy logic for decision making. Usually in manufacturing, linguistic terms or qualitative parameters are used to define states of properties. For instance it is common to find terms such as 'Good mechanical properties' or 'High absortivity rates' therefore it is necessary to have a method to translate and manage such information. Fuzzy logic has been adopted as a means to translate qualitative terms to quantitative information.· Multi-criteria decision making, aggregation and ranking. Different methods for selecting and ranking alternatives were tested which allows the integration of quantitative vectors with weighting factors that reflect the user preferences. For this purpose the method proposed by Lan et al. (2005) has been adopted as discussed in Chapter 5.· Artificial Neural Networks (ANNs) are being applied for the modelling and simulation of a number of Rapid Manufacturing Methods. Selective Laser Sintering has been modelled using a back propagation algorithm ANN taking as a basis the information provided by the machine software. The ANN simulates a DTM Vanguard SLS machine available at Fundacio CIM-UPC, Barcelona, while the Selective Laser Melting has been modelled with the parameters and settings used by the Concept Laser M2 machine available at the Mechanical Engineering Lab of the Catholic University of Leuven, Belgium. The extracted models exhibit a build-time prediction error rate lower than 10%, which is a significant improvement compared to conventional parametric methods.· Finally, relational databases have been applied for storing and handling materials information. These databases have been stored as Ms Access data which provides the ease to access, filter, screen and plot the required information. This data can be automatically called and extracted by means of an ODBC call deployed within the Matlab environment.In order to illustrate the functionality of the previous tools put together, a pilot application was designed in Matlab, making use of a number of specialized toolboxes namely: Fuzzy logic, Neural Network, Statistics, Plotting utilities, GUI builder, Database.The result is a prototype system with a graphic user interface divided in three modules: · General design requirements: which deals with those parameters usually defined in the product PDS, for instance: material type, tolerances, surface roughness, geometrical complexity, etc.· Costing module: which makes use of parametric cost estimation and ANN-based models to perform the calculation of cost per part, and for low volumes· Materials selection: Shows the iterative nature of materials selection through screening steps so that the range of suitable options is limited.

OBJETIVOS La presente tesis doctoral trata del estudio de soluciones en teorías de supergravedad y gravedad masiva. Estas teorías pueden considerarse extensiones de la teoría de la Relatividad General (RG) de Einstein, la cual describe la dinámica de una partícula sin masa de spin = 2: el gravitón. Supergravedad es una extensión supersimétrica de la RG que incorpora nuevas partículas sin masa (escalares, bosones de gauge, dilatinos, gravitinos, ...), mientras que gravedad masiva explora la dinámica de un gravitón con masa. Las teorías de supergravedad aparecen al tomar el límite de baja energía de la teoría de cuerdas o de la teoría M. Una de las señas de identidad de estas supergravedades es que requieren un espacio-tiempo con 10 o incluso 11 dimensiones (10D/11D), en lugar de las cuatro dimensiones (4D) que experimentamos en la vida cotidiana. En consecuencia las dimensiones extras han de ser compactas y muy pequeñas para que resulten ''invisibles'' a los experimentos. Sin embargo, su forma y tamaño afectan a la gravitación que percibimos en 4D ya que el espacio-tiempo sería verdaderamente 10D/11D. Esto da lugar a desviaciones con respecto a la RG de Einstein que abren la posibilidad de testar las nuevas dimensiones. METODOLOGÍA. Se utilizará el mecanismo del 'embedding tensor' para estudiar y clasificar todas las posibles supergravedades gaugeadas que existen en D=9,8,7 dimensiones. Este mecanismo hace un barrido y construye de manera covariante todas las posibles deformaciones de una teoría de supergravedad estándar. Por otro lado, una vez que se obtengan todo el espectro de supergravedades masivas, se intentará abordar origen de dimensiones más altas (10 y 11 dimensiones) a través de una construcción que contenga el grupo de simetría de T dualidad como una simetría del sistema. Esta construcción es la llamada 'Double Field Theory'. Realizaremos una reducción dimensional generalizada de esta teoría (incluyendo no sólo coordenadas espacio-temporales, sino también las duales a éstas, asociadas a los windings) para intentar relacionar los flujos generalizados que aquí aparecen con las componentes del embedding tensor (términos de masa) que se han obtenido en la primera parte del trabajo. CONCLUSIONES. Estas deformaciones han sido estudiadas y clasificadas exhaustivamente en dimensiones D = 9, 8 y 7 utilizando el marco teórico del tensor de embedding, dando lugar a un análisis completo de su origen en 10D/11D. Uno de los resultados más relevantes de la tesis es la clasificación de los gaugings en órbitas cada una de las cuales produce una dinamica inequivalente en D dimensiones. Como resultado de esta clasificacion, se observa que todos los gaugings analizados se pueden obtener como reducciones de una teoría de campos doble (Double Field Theory, DFT) en espacios toroidales con torsion (twisted tori), aun cuando un origen en teoría de cuerdas (10D) o teoría M (11D) puede no ser posible. / OBJECTIVES This doctoral thesis considers the study of solutions in supergravity and massive gravity theories. These theories can be understood as extensions of Einstein's theory of General Relativity (GR), which describes the dynamics of a massles spin-2 particle: the graviton. Supergravity is a supersymmetric extension of GR that entails new massless particles (scalar fields, gauge bosons, dilatinos, gravitinos, ...), whereas massive gravity explores the dynamics of a massive graviton. Supergravity theories arise as the low energy limit of string theories or M theory. One of their main features is the requirement of 10 or 11 dimension (10D/11D) instead of the four dimensions (4D) that we are used to experience in our daily life. This implies that the supplementary dimensions have to be compact and considerably small in such a way that they result almost imperceptible by the experiments. However, their shape and size have direct effects on the gravity that we feel in 4D. In particular, the fact of having a truly 10D/11D spacetime gives rise to predictions that differ from the GR ones and open new scenarios where these extra dimensions can be tested. METHODOLOGY The embedding tensor mechanism is used to study and classify all the possible gauged supergravities that exist in D=9,8,7 dimensions. This method scans and constructs, in a covariant way, all the possible deformations of a standard supergravity theory. On the other hand, once that the full spectrum of gauged supergravities is obtained, we will try to justify their higher-dimensional origin (from 10 and 11 dimensions) throughout a formulation of a field theory that contains the T duality symmetry group as a global symmetry of the theory. The formulation that we have chosen is 'Double Field Theory'. We perform a generalized dimensional reduction (including not only space-time coordinates, but their dual ones, which are associated to winding modes of strings) in order to establish a relation between the generalized fluxes that arise in this compactification and the embedding tensor components (mass terms) that were obtained in the first part of the work. CONCLUSIONS These deformations have been exhaustively studied and classified for dimensions D=9,8,7 by means of the theoretical approach of the embedding tensor mechanism. One of the most relevant results of this thesis is the classification of the gaugings in orbits that produce that give rise to inequivalent dynamics in D dimensions. As a consequence of this indexing, it is found that all of these gaugings can be obtained as a dimensional reduction of the so-called Double Field Theory (DFT) over twisted toroidal spaces. Some of these gaugings correspond to non-geometric compactifications of string theories, showing that DFT warrants the access to genuine string theory configurations that are not accessible by means of Riemannian geometry.

This thesis analyzes the wrist joint of the human hand by using a realistic threedimensional wrist model. Load distributions among carpal bones, forces on ligaments and joints were examined by using three-dimensional model. Wrist injuries and required surgical operations were examined with the model. The most crucial point of the study was that, using three-dimensional model of the wrist, hand surgeons would be able to predict results of surgical operation. Surgery planning may be done and mechanical results may be Evaluated on the wrist model.

La tesis analiza el comportamiento anómalo de una servoválvula instalada en una máquina de electroerosión operando bajo ciertas condiciones de trabajo. En el primer capítulo de la tesis se describen una serie de experimentos llevados a cabo para: en primer lugar, llegar a obtener bajo que condiciones de funcionamiento se producen las inestabilices (vibraciones audibles) y en que parte de la máquina se originan. Como resultado de estas primeras investigaciones se obtiene que el sistema de transmisión de energía oleohidráulica es el generador de las perturbaciones. Una segunda fase de experimentos descritos asimismo en el primer capítulo, llevan a poder afirmar que las perturbaciones se originan en la servoválvula.El siguiente paso consistió en profundizar sobre las prestaciones de la servoválvula, analizando inicialmente los elementos de que consta y sus características teóricas y experimentales. Paralelamente se llevo a cabo un estudio crítico de la bibliografía sobre el tema, en particular sobre posibles anomalías de funcionamiento en servoválvulas. Algunos investigadores insinuaron que las fuerzas de flujo sobre las toberas eran una fuente de inestabilidades. Nuestras investigaciones confirman esta hipótesis y ponen a la luz la importancia del modelo de flujo tobera/paleta en este sentido. Se comprueba que los coeficientes de descarga y la distancia tobera paleta son definitorios en el modelo de flujo.En el tercer capítulo se estudian en profundidad los diversos modelos de flujo, se hace hincapié que en la servoválvula bajo estudio hay dos tipos de flujo: el denominado tobera paleta y el denominado paleta tobera. Se observa experimentalmente diferencias importantes entre los coeficientes de descarga para cada uno de estos dos tipos de flujo. En este mismo capítulo se realiza una modelización bidimensional por volúmenes finitos de la evolución del fluido dentro de una servoválvula, en donde se pueden diferenciar los diversos modelos de flujo en función de la distancia tobera paleta y la diferencia de presión entre la entrada y salida. Al final de este capítulo se comparan los resultados experimentales con los hallados vía modelización, observando un buen comportamiento del modelo. El capitulo cuarto se centra en la obtención de un modelo que simule el comportamiento de la servoválvula. La modelización se realiza utilizando el método de diagramas de enlaces "Bond Graph".Como innovación en este apartado cabe destacar la modelización de las fuerzas de flujo y la variabilidad de los coeficientes de descarga en función del número de Reynolds. Como complemento a la modelización y en lo que a las fuerzas de flujo hace referencia, se realiza un estudio comparativo de los dos modelos de servoválvula de cuatro toberas existentes: el Williams y el Moog 92, comprobando que el modelo actual, el Moog 92 es mas tolerante a las inestabilidades.De los resultados de la modelización se puede estimar con gran precisión el comportamiento en régimen permanente y en régimen transitorio de la servoválvula. Se demostró asimismo que la frecuencia propia fundamental de la servoválvula estaba alrededor de los 580 Hz. Esta frecuencia se corresponde con la obtenida en forma de espectro audible en los experimentos iniciales.En el capítulo cinco se analiza con detalle el origen de la perturbación audible de alrededor de 2200 Hz. Después de una serie de experimentos y de analizar los resultados que otros investigadores obtuvieron en sistemas análogos, se llega a la conclusión de que la perturbación de alrededor de 2200 Hz es de origen fluidodinámico, y capaz de excitar uno de los modos de vibración de la armadura. Esta inestabilidad se ve reforzada por un fenómeno de resonancia que es consecuencia de la morfología de la tobera / paleta.Como innovaciones de esta tesis cabe citar:1.- El estudio del flujo entrante paleta/tobera. En este sentido se han definido los modelos de flujo que tienen lugar y los parámetros que los definen: coeficientes de descarga en función de la distancia tobera paleta. Se ha observado que el origen de todas la inestabilidades se localizan cuando el flujo va de paleta a tobera, (flujo entrante). Estos modelos de flujo fueron modelizados mediante volúmenes finitos siendo los resultados obtenidos satisfactorios.2.- La modelización del comportamiento en régimen permanente y régimen transitorio de la servoválvula mediante técnicas de diagramas de enlaces (Bond Graph).3.- La metodología experimental seguida para poner en evidencia que fenómenos son el origen de las perturbaciones audibles, y que factores deben considerarse para minimizar sus efectos. / The PhD focuses on the analysis of the erratic behaviour of the oil hydraulic system installed in a sparkling machine and when operating under some particular conditions.The first chapter describes a set of experiments to find out under which conditions and were the instabilities (audible vibrations) are created. As a result, it is demonstrated that the servovalve is the origin of the instabilities. Some researchers pointed out that flow forces acting onto the servovalve flappers could originate vibrations. It is then decided to measure the discharge coefficients for flow going from nozzle to flapper and from flapper to nozzle, being the aim to better understand the flow models inside the four nozzle two flapper servovalve under study.The discharge coefficients demonstrate that two completely different models of flow appear inside the servovalve. To better understand such flow models a CFD computer modelisation of the nozzle-flapper and flapper-nozzle flows was undertaken, finding out that flow in direction flapper nozzle is prone to be instable. Good agreement was found when comparing discharge coefficients found experimentally and via CFD modelisation. The fourth chapter is dedicated to simulate the complete servovalve behaviour, the simulation is performed using the Bond Graph technique. It is interesting to point out that when the armature of the servovalve was excited with a frequency near the servovalve natural frequency the model gave an over excitation of the servovalve, as it occurs in reality. Such frequency was one of the perturbation peaks measured at the beginning of the study. On the last chapter is analysed experimentally the origin of a second perturbation peak with a frequency of 2200 Hz. Finding out that such instability has a fluid dynamic origin and is created by the flow going from flapper to nozzle. Such perturbation is amplified by the nozzle chamber and it is able to excite some vibration modes of the servovalve armature. The way to overcome such problem would be via preventing the amplification from being created. This main mean whether avoid flow from flapper to nozzle or modifying the nozzle chamber in the nozzles having flapper nozzle flow.

Degut a la tendència a l'increment del preu de la energia, i el seu ús cada cop més estès per aire condicionat en els paisos desenvolupats, els sistemes de refrigeració basats en energia solar tenen cada cop més atractiu. El objectiu final d'aquesta tesi és el desenvolupament d'eines de simulació numèrica pel disseny de màquines de refrigeració per absorció que tinguin la possibilitat de funcionar amb energia solar. Malgrat existeixen en el mercat màquines d'absorció d'aquestes característiques des de fa anys, hi ha una deficiència en el desenvolupament de sistemes de petita capacitat. Els sistemes de petita capacitat impliquen problemes addicionals en el seu disseny (sistemes refrigerats per aire, compacitat ...) que només es poden abordar fent ús d'eines de disseny adequades, tant pel sistema com pels seus components. Tanmateix, hi ha també certa deficiència en la literatura especialitzada en el desenvolupament de models matemàtics adequats per la descripció dels processos de transferència de calor i de massa en les màquines de refrigeració per absorció: àrea mullada en les superfícies d'intercanvi de calor i de massa, paper dels additius, etc. Per aquestes raons aquest treball ha estat enfocat en aquests objectius:- Estudi de processos bàsics de transferència de calor i de massa juntament amb els fenomens fluid-dinàmics implicats en absorbidors de màquines d'absorció. Aquest estudi ha estat fet mitjançant simulacions detallades resolent les equacions de Navier-Stokes sota ertes hipòtesis.- Desenvolupament d'eines de simulació numèrica pel disseny i predicció de sistemes de refrigeració per absorció, aprofitant la informació donada per models més detallats.- Desenvolupament d'eines de simulació numèrica pel disseny dels elements crítics d'intercanvi de calor i de massa de sistemes de refrigeració per absorció (absorbidor, generador, evaporador, condensador) mantenint el càlcul en un raonable temps de CPU. Aquest model recolza el mencionat en el punt anterior.- Desenvolupament de un prototipus de màquina d'absorció, refrigerada per aire, fent servir H2O-LiBr com a fluid de treball, amb les eines numèriques desenvolupades. - Contrastació experimental dels models desenvolupats.- Estudi del funcionament de la màquina d'absorció anteriorment mencionada. - Avaluació dels resultats per millorar els criteris de disseny i optimització del mateix de cara a prototipus de segona generació.Després del desenvolupament d'aquestes eines de simulació numèrica que s'han fet servir per problemes específics sortits en el procés d'estudi d'una màquina en concret, un marc de treball ha estat creat per l'estudi d'altres sistemes de refrigeració per absorció. / Due to the increasing trend of the price of the energy, mainly obtained from fossil combustibles, and its also increasing use for air-conditioning in developed countries, solar cooling has been becoming more attractive from the point of view of economics and environment conservation. The final aim of this thesis is the development of numerical simulation tools for the design of absorption machines with the possibility of being driven by solar energy. Although there are available in the market absorption chillers of such characteristics for years, there is a lack in development of small capacity systems. Small capacity systems imply additional problems of design (air-cooled systems, compactness ...) that only can be afford with adequate design tools for system and components. Moreover, there is also a lack in the specialised literature in the development of adequate mathematical models for the description of the heat and mass transfer processes in absorption machines: wetted area of the heat and mass transfer surfaces, role of additives, complex geometries etc.For these reasons this work has been focused on the following detailed objectives: - Study of basic heat and mass transfer processes together with the fluid-dynamic phenomena implied in absorbers of absorption chillers. This study has beencarried out by means of detailed simulations solving the Navier-Stokes equations under certain hypotheses. - Development of numerical simulation tools for design and prediction of absorption systems, taking advantage of information given by more detailed models. - Development of numerical simulation tools for design of the heat and mass exchange components of absorption systems keeping the calculation in a reasonable CPU time. This model provides of the necessary information for the model mentioned in the previous point.- Development of a prototype of an air cooled absorption machine based on the numerical results obtained from the models.- Validation of the models developed by means of comparison of numerical results and experimental data obtained from the prototypes developed.- Study of the performance of the above mentioned absorption system. - Evaluation of the results in order to improve the design criteria for a second generation of prototypes.After the development of these numerical simulation tools and their applicationin specific problems, a framework has been created for the study of other type of absorption systems.

The modelling of convective transport processes involving heat and mass transfer in an incompressible Newtonian fluid in cylindrical domains is a relevant research subject both for theoretical research and for industry. However, many of the available studies up to present are two-dimensional, and three-dimensional models using laterally heated cylindrical geometries are scarce. Although the two-dimensional approaches with lateral heating give some significant results, they cannot capture the fully three-dimensional nature of the velocity and temperature fields in three-dimensional geometries in bounded domains; besides, the wall effect in transport problems cannot be neglected. As an example, two-dimensional simulations predict solutions with multiple rolls for aspect ratio boxes greater than 2 that are not observed in three-dimensional studies, and fail to reproduce the nature of the first instability and the associated critical values. In this PhD thesis, we simulate numerically three problems in which the convective transport is produced either by temperature differences in the cylinder lids or by concentration differences within the fluid, as happens in the diffusion experiments in liquid metal mixtures or semiconductors. The system analyzed in the first two problems consists of a horizontal cylinder laterally heated; in the first case, the cylinder remains at rest, while in the second a rotation about its axis is included. Fluid behaviour under different heating intensities (Rayleigh number), materials (Prandtl number) and container size (shape parameter) is investigated. The effect of the rotation of the cylinder on the convective motion is discussed in detail. The values of the angular velocity have been kept low in order to analyze the transition from a fluid flow dominated by convection to a flow in which the fluid rotates as a solid-body with the walls. Much of the work is devoted to analyzing the basic solutions and their stability diagram, and to describing some of the secondary solutions. The aim of the third problem is to analyze the influence of convective pollution in the measurements of the diffusion coefficients when using the method of long capillary in low gravity. We will compare our numerical results with those of the experimental technique called shear cells implemented with a finite volume method and with the previously existing two-dimensional results. The influence on the diffusion coefficients measurements of other factors such as, the low gravity levels, the effects of the tilting and rotation of the capillary, the fluctuations of the gravitational field and the actual accelerometer signals g-jitter, will be also assessed. We numerically solve the Navier-Stokes equation in Boussinesq approximation for an incompressible viscous fluid, which is coupled to an equation for temperature or concentration in cylindrical coordinates. The equations are written in the laboratory reference frame, spatially discretized with a pseudospectral Chebyshev method for radial and axial dependence and with a Fourier-Galerkin method in the azimuthal direction and solved with a second order semi-implicit time splitting method. / La modelización de procesos de transporte convectivo, por transferencia de calor y masa, en un fluido newtoniano incompresible en dominios cilíndricos es un tema de investigación relevante para aplicaciones en la investigación teórica y en la industria. Sin embargo, los trabajos de investigación en modelos tridimensionales usando geometrías cilíndricas calentados lateralmente son más bien escasos. Aunque las aproximaciones bidimensionales del problema con calentamiento lateral dan resultados significativos, las geometrías tridimensionales en dominios acotados son más realistas porque los campos de velocidad y temperatura son totalmente tridimensionales y porque no se puede despreciar el efecto que tienen las paredes en este tipo de problemas de transporte. Por ejemplo en simulaciones en cajas bidimensionales se observa que pueden existir estados estacionarios con más de un rollo convectivo para valores del parámetro de forma mayores que 2 y, sin embargo, esto no se observa en los estudios en cajas rectangulares 3D o cilindros para iguales parámetros. También hay discrepancias en cuanto a la naturaleza de la inestabilidad primaria y a los valores críticos obtenidos para parámetros parecidos. En este trabajo de tesis simulamos tres problemas en los que el transporte convectivo se produce por diferencias de temperatura en las tapas del cilindro o por diferencias de concentración dentro del fluido, como ocurre en los experimentos de difusión en mezclas de metales líquidos o semiconductores. En los dos primeros problemas se simula un cilindro horizontal con una diferencia de temperatura entre sus tapas; en el segundo problema se incluye la rotación del cilindro alrededor de su eje. Se investiga el comportamiento del fluido en función de distintas intensidades en el calentamiento (número de Rayleigh), materiales (número de Prandtl) y tamaño del contenedor (parámetro de forma). Gran parte del trabajo estará dedicado a analizar las soluciones básicas y su estabilidad. En el segundo problema se analiza con detalle el efecto que tiene la rotación del cilindro sobre el movimiento convectivo en función de la velocidad angular, cuyos valores han sido mantenido bajos para poder observar la transición del tipo de flujo inicialmente dominado por la convección, al fluido rotando como un sólido rígido junto con la pared del cilindro. Para los dos problemas con calentamiento lateral caracterizamos las soluciones del estado básico y determinamos su diagrama de estabilidad. Describiremos algunas soluciones secundarias. El tercer problema estará centrado en analizar la influencia que tiene la contaminación convectiva en las medidas de los coeficientes de difusión con el método del ¿capilar largo¿ en baja gravedad. Se compararán estos resultados numéricos para el capilar largo con los resultados obtenidos con la técnica experimental shear cell simulada con el método de volúmenes finitos y con resultados 2D de la literatura. Se valorará la influencia de los bajos niveles de gravedad, así como el efecto de la inclinación y la rotación del capilar, las oscilaciones del campo gravitatorio y la influencia de señales acelerométricas reales conocidas como g-jitter en las medidas de los coeficientes de difusión de una mezcla. Empleamos las ecuaciones de Navier Stokes, en la aproximación de Boussinesq, para un fluido incompresible y viscoso acoplada a una ecuación para la temperatura o la concentración en coordenadas cilíndricas. Las ecuaciones se escribirán en el sistema de referencia de laboratorio. Estas ecuaciones serán discretizadas espacialmente mediante un método pseudoespectral de Chebyshev-colocación para la dependencia radial y axial y el método Galerkin-Fourier para la dependencia azimutal y resueltas con un algoritmo de segundo orden de paso de tiempo fraccionario semi-implícito.

L'objectiu d'aquesta tesi ha estat la caracterització de la resposta de les bandes en els números de manera d'alta. Tres experiments separats van ser executats per crear un conjunt de dades de resposta model per a matiners relació de massa realista baixes, i la determinació de les característiques deixant de bandes flexibles sotmesos a vibracions multimode. Es van utilitzar un conjunt de models verticals. Dues bandes llargues 3m van ser fabricats per a aquesta finalitat. Les bandes es classifiquen d'acord a la relació de massa, un model tenia una relació de massa de 2,7, i l'altre tenia relació de massa menor de 1,1. Els models van ser provats en un flux uniforme, amb una velocitat de fins a 2 m / s. Respostes tant en línia i de flux creuat es van mesurar utilitzant calibradors de tensió, i les dades es converteixen en desplaçaments. L'alta relació de pujada massiva indica oscil·lacions fins a quart manera. La resposta de baixa proporció de pujada massiva es va limitar a segon mode de flux creuat. Les contribucions modals es van determinar i es va observar la presència simultània de múltiples maneres en múltiples freqüències. Coeficients de resistència obtinguts van indicar similitud amb l'oscil·lació de flux transversal, amb valors d'arribar a 2,5 per al cilindre de relació de massa baixa. La resposta d'un tub vertical flexible en el deixant d'un cilindre rígid es va determinar utilitzant diferent distància de la cilindros. / El objetivo de esta tesis ha sido la caracterización de la respuesta de las bandas en los números de modo de alta. Tres experimentos separados fueron ejecutados para crear un conjunto de datos de respuesta modelo para madrugadores relación de masa realista bajas, y la determinación de las características estela de bandas flexibles sometidos a vibraciones multimodo. Se utilizaron un conjunto de modelos verticales. Dos bandas largas 3m fueron fabricados. Las bandas se clasifican de acuerdo a la relación de masa, un modelo tenía una relación de masa de 2,7, y el otro tenía relación de masa menor de 1,1. Los modelos fueron probados en un flujo uniforme, con una velocidad de hasta 2 m / s. Respuestas tanto en línea y de flujo cruzado se midieron usando calibradores de tensión, y los datos se convierten en desplazamientos. La alta relación de subida masiva indica oscilaciones hasta cuarto modo. La respuesta de baja proporción de subida masiva se limitó a segundo modo de flujo cruzado. Las contribuciones modales se determinaron y se observó la presencia simultánea de múltiples modos en múltiples frecuencias. Coeficientes de resistencia obtenidos indicaron similitud con la oscilación de flujo transversal, con valores de llegar a 2,5 para el cilindro de relación de masa baja. La respuesta de un tubo vertical flexible en la estela de un cilindro rígido se determinó usando diferente distancias. / The objective of this thesis was the characterization of the response of risers at high mode numbers. Three separate experiments were executed to create a set of model response data for realistically low mass ratio risers, and the determination of wake characteristics of flexible risers undergoing multi-mode vibrations. A set of riser models were used. Two 3m long risers were fabricated for this purpose. The risers were categorized according to the mass ratio, one model had a mass ratio of 2.7, and the other had lower mass ratio of 1.1. The models were tested in a uniform flow, with speeds up to 2m/s. Both in-line and cross-flow responses were measured using strain gages, and data was converted to displacements. The high mass ratio riser indicated oscillations up to 4th mode. The low mass ratio riser response was limited to 2nd mode in cross-flow. The modal contributions were determined and simultaneous presence of multiple modes at multiple frequencies were observed. Drag coefficients obtained indicated similarity with the cross-flow oscillation, with values reaching 2.5 for the low mass ratio cylinder. The response of a flexible riser in the wake of a rigid cylinder was determined using different separation distance from the leading cylinder. Significant similarities to those of an isolated flexible cylinder were observed, in form of response regimes at each structural mode of oscillation, with contribution from adjacent modes.

This thesis explores a very well understood area of physics: computational structural dynamics. The aim is to stretch its boundaries by merging it with another very well established discipline such as structural design and optimization. In the recent past both of them have made significant advances, often unaware one of each other for different reasons. It is the aim of this thesis to serve as a bridging tool between the realms of physics and engineering. The work in divided in three parts: variational mechanics, structural optimization and implementation. The initial part deals with deterministic variational mechanics. Two chapters are dedicated to probe the applicability of energy functionals in the structural analysis. First, by mapping the state of the art regarding the vast field of numerical methods for structural dynamics; second, by using those functionals as a tool to compare the methods. It is shown how, once the methods are grouped according to the kind of differential equations they integrate, it is easy to establish a framework for benchmarking. Moreover, if this comparison is made using balance of energy the only parameter needed to observe is a relatively easy to obtain scalar value. The second part, where structural optimization is treated, has also two chapters. In the first one the non-deterministic tools employed by structural designers are presented and examined. An important distinction between tools for optimization and tools for analysis is highlighted. In the following chapter, a framework for the objective characterization of structural systems is developed. This characterization is made on the basis of the thermodynamics and energetic characteristics of the system. Finally, it is successfully applied to drive a sample simulated annealing algorithm. In the third part the resulting code employed in the numerical experiments is shown and explained. This code was developed by means of a visual programming environment and allows for the fast implementation of programs within a consolidated CAD application. It was used to interconnect simultaneously with other applications to seamlessly share simulation data and process it. Those applications were, respectively, a spreadsheet and a general purpose finite element. / La presente tesis explora un area de la fisica ampliamente establecida: dinamica computacional de estructuras. El proposito es expandir los limites de la misma mediante la combinacion con otra disciplina como es el diseño y la optimizacion estructurales. Recientemente, ambas han experimentado avances significativos que, frecuentemente, han ocurrido de forma ajena una de la otra. Esta tesis busca servir de nexo entre el campo de la fisica y la ingenieria. El trabajo esta dividido en tres partes: mecanica variacional, optimizacion estructural e implementacion de una aplicacion de software para su uso en la practica real. La parte inicial trata la mecanica variacional desde el punto de vista determinista. Se dedican dos capitulos a demostrar la aplicabilidad de los funcionales energeticos en el analisis estructural. Primero, se hace un recorrido por el estado del arte de los metodos numericos para dinamica estructural; posteriormente, se emplean estos funcionales para comparar dichos metodos de forma objetiva y eficaz. Se demuestra como, una vez que los metodos han quedado agrupados de acuerdo al tipo de ecuaciones diferenciales que resuelven (ordinarias, parciales o algebraicas), es facil crear un marco de referencia para su evaluacion. Al hacerse la comparacion mediante equilibrio energetico el resultado es un valor escalar cuyo manejo es relativamente facil de interpretar. La segunda parte, donde se trata la optimizacion estructural, abarca tambien dos capitulos. En el primero se presentan y examinan las herramientas no deterministas utilizadas por los diseñadores estructurales y se pone de relevancia la importante distincion entre las herramientas de analisis y las de optimizacion. A continuacion, se desarrolla un marco para la caracterizacion objetiva de sistemas estructurales elaborado sobre la base de la mecanica estadistica y las caracteristicas energeticas de las estructuras. Finalmente, el marco se combina con un algoritmo de "Simulated Annealing" para la optimizacion de estructuras. En la tercera parte de la tesis el codigo resultante empleado en los experimentos numericos de los capitulos anteriores queda explicado. Este codigo, desarrollado mediante herramientas de programacion visual, permite la rapida implementacion de aplicaciones dentro de un entorno de CAD. para su posterior aplicacion a problemas reales.

La presente Tesis Doctoral consiste en el diseño de un sistema capaz de realizar tareas de verificación automática de locutores, para lo cual se basa en el modelado mediante los procedimientos DTW (Dynamic Time Warping) y MFCC (Mel-Frequency Cepstral Coefficients). Una vez diseñado éste, se ha evaluado el sistema de forma tanto a nivel de pruebas individuales, DTW y MFCC por separado, como múltiples, combinación de ambas en serie y en paralelo, para grabaciones obtenidas de la base de datos AHUMADA de la Guardia Civil. Todos los resultados han sido vistos teniendo en cuenta la significación estadística de los mismos, derivada de la realización de un determinado número finito de pruebas. Se han obtenido resultados estadísticos de dicho sistema para diferentes tamaños de las bases de datos utilizadas, lo que nos permite concluir la influencia de estos en el método. Como conclusión a los mismos, podemos identificar cuál es el mejor sistema, compuesto por el tipo de modelo y el tamaño de la muestra, que debemos utilizar en un estudio forense en función de la finalidad perseguida. / The present thesis is the design of a system capable of performing automatic speaker verification, for which is based on modeling using the DTW (Dynamic Time Warping) and procedures MFCC (Mel-Frequency Cepstral Coefficients). Once designed it, we have evaluated the system so both at individual events, DTW and MFCC separately as multiple, combining both in series and in parallel, to recordings obtained from the data base AHUMADA from the Guardia Civil. All results have been seen considering the statistical significance thereof, derived from performing a given finite number of tests. Statistical results have been obtained in such a system for different sizes of the databases used, allowing us to conclude the influence of these in the method in order to fix a priori the different variables of this, in order to make the best possible study. To the same conclusion, we can identify what is the best system, consisting of model type and sample size, we use a forensic study based on the intended purpose.