Dentro del marco del proyecto promovido por la Generalitat de Catalunya de construcción de 20 viviendas solares en la localidad costera de Begues (Barcelona), se ha realizado un estudio de modelización del comportamiento térmico de tres de las topologías solares utilizadas (muro trombe, invernadero adosado y ganancias directas). Para ello se utilizo el Código Passim de simulación del comportamiento térmico de edificios. La contrastación de los resultados obtenidos en el seguimiento del conjunto bioclimático de Begues con los del modelo realizado mediante el Código Passim permite obtener interesantes conclusiones acerca de la capacidad de predicción del comportamiento térmico de edificios de este tipo de códigos de simulación. Una vez aceptada la fiabilidad de los modelos construidos, se realiza un estudio de la influencia que distintas variables tienen sobre el comportamiento térmico de esos edificios.Finaliza el trabajo con una comparación de las tres topologías solares utilizadas, viéndose como la topología trombe, seguida de la de invernadero adosado, aventajan claramente a la de ganancias directas.

La torre de Prilling es uno de los equipos más usualmente utilizados para la producción de fertilizantes nitrogenados, en forma de partículas esféricas o prills sólidos, de diámetro normalmente comprendido entre 1 y 2 mm.En la presente tesis doctoral se ha desarrollado un nuevo método o modelo numérico de calculo por ordenador para cada uno de los dos tipos básicos de torres de prilling, existentes actualmente: modelo 1 (torres de prilling equipadas con pulverizador estático) y modelo 2 (torres de prilling equipadas con pulverizador rotativo)./ los resultados del modelo 2 se han contrastado con los datos experimentales de una torre de prilling de urea industrial, obteniendo una buena concordancia de resultados (desviaciones del orden de 3,5%)./ utilizando dicho modelo, se ha realizado un análisis parametrico de torres de prilling./ finalmente se ha realizado un estudio comparativo con los métodos de calculo de torres de prilling, existentes en la bibliografía (modelo analítico de Steenwinkel-Honti), desarrollado originariamente para torres de prilling tipo 2.Asimismo se propone un nuevo modelo analítico estimativo, denominado de las tres secciones, que ofrece resultados de cálculo sensiblemente mejores (13% de desviación) que el método de Steenwinkel-Honti (21% de desviación).

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After a lesion in the CNS, glial cells play a fundamental role, being the mediators of both the inhibitory and the beneficial response for neural regeneration. The tissue engineering approach consists in the use of biomaterials to help the regeneration and guide the regenerative capable cells to create a permissive environment. The main working hypothesis of this thesis is that we can promote a favourable environment for CNS regeneration identifying material properties which can modulate neuronal cells behaviour. In a first place we analyzed glial and neuronal response to two very different biopolymers, PMMA and chitosan. Wettability, surface and mechanical properties were characterized for both materials. Then line pattern of different dimensions in the micrometrical range were introduced. The response of glial cell and neurons were analyzed in terms of cell adhesion, morphology and differentiation state. Finally, we studied the behaviour of glial cells on glass model surfaces functionalized by self assembling monolayers with different wettability (OH, COOH, NH2, CH3), in order to identify the specific role that wettability plays in determining cell response. The dates suggest that the adhesion, the morphology and the differentiation state of neuron and glial cells can be controlled by choosing the proper combination of material properties and physical patterns. Overall, line patterns resulted to be a suitable tool to use in biomaterial design for nerve regeneration. However, the performance of each material must be analyzed with attention, since the combination of material properties, which most of the time is not predictable, play important roles in the biological activity.

Els composts orgànics volàtils són un dels principals contaminants atmosfèrics, amb diversos efectes nocius sobre el medi ambient i molts d’ells, sobre la salut de les persones. L’activitat industrial representa un elevat percentatge de les emissions totals d’aquests composts, per tant, resulta necessària la seua reducció, i quan això no siga possible, el seu tractament mitjançant tecnologies econòmicament i ambientalment sostenibles. En aquest darrer sentit, els sistemes biològics de depuració representen una d’aquestes alternatives, com és el cas del biofiltre percolador. Aquest treball de tesi doctoral està dirigit amb l’objectiu principal d’estudiar la viabilitat del biofiltre percolador en la depuració d’emissions industrials de composts orgànics volàtils i la seua transferència del laboratori a escala industrial. Per a dur a terme aquesta transferència, el treball s’ha realitzat en tres fases: estudi a escala de laboratori, a escala pilot i, finalment, a escala industrial. Al laboratori es va estudiar el rendiment del biofiltre percolador en funció dels principals paràmetres d’operació com són la càrrega volumètrica de contaminant, el temps de residència, el tipus de rebliment utilitzat, el règim de reg de líquid de recirculació i la font de nitrogen utilitzada en la dissolució de nutrients, així com també s’estudiaren diferents tècniques per tal de controlar la pèrdua de pressió ocasionada per l’acumulació excessiva de biomassa sobre el llit de rebliment. Amb vistes a l’aplicació industrial de la tecnologia, els experiments al laboratori varen ser dissenyats tenint en compte les emissions dels tres sectors industrials seleccionats en aquest treball, la síntesi i processament de polímers, fabricació de mobles i el de la indústria flexogràfica. Per tant, els experiments es van realitzar utilitzant composicions model de contaminant dels sectors seleccionats, tant en condicions d’alimentació de contaminants contínua i constant com en condicions més variables per a simular els patrons d’emissió industrial. Addicionalment, en la simulació d’emissions industrials es van utilitzar filtres de carbó activat precedint el biofiltre percolador per tal d’amortir les concentracions oscil•lants de contaminant, operant el bioreactor sota condicions més estables. Es varen determinar les càrregues volumètriques de contaminant màximes i temps de residència mínims que reduïren el volum del biofiltre percolador necessari per a complir amb els corresponents límits legals de cada sector estudiat. A escala pilot es va realitzar el tractament de les emissions de composts orgànics volàtils d’una empresa de fabricació de moble, amb unes emissions caracteritzades per un patró de concentració altament irregular. Els experiments desenvolupats en aquesta fase, van servir per a aplicar l’experiència adquirida al laboratori, tant pel que respecta als paràmetres d’operació com al funcionament del biofiltre percolador precedit d’un filtre de carbó activat. Es va avaluar el rendiment del bioreactor buscant aquelles condicions de càrrega volumètrica de contaminant màxima i temps de residència mínim que permeteren complir amb els requeriments legals fixats per la normativa. Els resultats obtinguts es varen utilitzar per a dissenyar el futur prototip industrial de biofiltre percolador per a depurar les emissions d’aquesta empresa. Finalment, a escala industrial es va estudiar el funcionament d’un biofiltre percolador de cinquanta metres cúbics de volum útil per a la depuració de les emissions procedents d’una empresa flexogràfica. En aquesta unitat es van aplicar els protocols d’operació avaluats a escala de laboratori i a escala pilot, i es van ajustar les condicions d’operació que permetien complir amb la normativa legal d’emissions de composts orgànics volàtils per part d’aquesta empresa. L’estudi es va desenvolupar durant un període de funcionament superior als dos anys, comprovant l’estabilitat i robustesa de la tecnologia, i així finalitzar el procés de transferència tecnològica del laboratori a l’escala industrial, tant del biofiltre percolador en sí com dels protocols d’operació utilitzats. / This doctoral thesis studies the viability of the biotrickling filter as an economical and sustainable technology to control industrial volatile organic compound (VOC) emissions to the environment, being performed at laboratory, pilot and industrial scale. At laboratory scale the effect of the main operational parameters on the performance of the process were evaluated, that is pollutant load, residence time, type of packing material, trickling regime and nitrogen source of the nutrient solution. Several techniques to control the clogging of the bioreactor due to excessive biomass growth on the packed media were also studied. The experiments were designed taking into account the three industrial sectors selected in this work, polymer processing, furniture manufacturing and the flexographic industry. Model compositions of the emissions of these sectors were used, applying continuous and constant pollutant feeding and also variable feeding conditions in order to simulate industrial emission patterns. In addition, activated carbon filters prior to the biotrickling filter were used to operate the bioreactor in more stable conditions when industrial emissions were simulated. Maximum pollutant inlet loads and minimum empty bed residence times that allow complying with the corresponding legal emission limits were determined. At pilot scale a biotrickling filter unit was used to control VOC emissions from a furniture manufacturing facility characterized with a highly irregular concentration emission pattern, applying the experience obtained at laboratory scale regarding operational conditions and the use of the activated carbon prefilter. The performance of the process was evaluated aiming to meet legal requirements treating maximum pollutant loads at minimum empty bed residence times. Finally, a fifty cubic meters biotrickling filter was used to treat the VOC emissions of a flexographic facility. Operational protocols developed and tested at laboratory and pilot scale were used, and the operational conditions in the bioreactor were adjusted to comply with the legal emission limits of this company. The unit was run during more than two years, showing the robustness and feasibility of the technology and achieving the transfer from laboratory to industrial scale of both the technology and the operational protocols used.

In this thesis the finite and spectral element methods (FEM and SEM, respectively) applied to problems in atmospheric simulations are explored through the common thread of Variational Multiscale Stabilization (VMS). This effort is justified by three main reasons. (i) the recognized need for new solvers that can efficiently execute on massively parallel architectures ¿a spreading framework in most fields of computational physics in which numerical weather prediction (NWP) occupies a prominent position. Element-based methods (e.g. FEM, SEM, discontinuous Galerkin) have important advantages in parallel code development; (ii) the inherent flexibility of these methods with respect to the geometry of the grid makes them a great candidate for dynamically adaptive atmospheric codes; and (iii) the localized diffusion provided by VMS represents an improvement in the accurate solution of multi-physics problems where artificial diffusion may fail. Its application to atmospheric simulations is a novel approach within a field of research that is still open. First, FEM and VMS are described and derived for the solution of stratified low Mach number flows in the context of dry atmospheric dynamics. The validity of the method to simulate stratified flows is assessed using standard two- and three-dimensional benchmarks accepted by NWP practitioners. The problems include thermal and gravity driven simulations. It will be shown that stability is retained in the regimes of interest and a numerical comparison against results from the the literature will be discussed. Second, the ability of VMS to stabilize the FEM solution of advection-dominated problems (i.e. Euler and transport equations) is taken further by the implementation of VMS as a stabilizing tool for high-order spectral elements with advection-diffusion problems. To the author¿s knowledge, this is an original contribution to the literature of high order spectral elements involved with transport in the atmosphere. The problem of monotonicity-preserving high order methods is addressed by combining VMS-stabilized SEM with a discontinuity capturing technique. This is an alternative to classical filters to treat the Gibbs oscillations that characterize high-order schemes. To conclude, a microphysics scheme is implemented within the finite element Euler solver, as a first step toward realistic atmospheric simulations. Kessler microphysics is used to simulate the formation of warm, precipitating clouds. This last part combines the solution of the Euler equations for stratified flows with the solution of a system of transport equations for three classes of water: water vapor, cloud water, and rain. The method is verified using idealized two- and three-dimensional storm simulations.

Observar el diseño desde la perspectiva de la ciencia podría dar un giro asombroso a la moderna teoría del arte y diseño. Establecer un paralelismo entre el concepto moderno de diseño u obra de arte y el concepto de sistema en física, o de espacio en matemáticas permitiría por ejemplo, dar explicación teórica a la existencia de comportamientos caóticos, difícilmente previsibles, entre los elementos de un diseño. Afirmar que, lejos de lo que se había pensado hasta ahora, todo proyecto de diseño, aún usando una metodología científica, es por naturaleza indescriptible en su totalidad, puesto que si bien podemos identificar sus partes o elementos, jamás podremos observar el conjunto total de interacciones entre sus componentes. Aporta una nueva visión a cerca de los elementos constitutivos y sus relaciones que permite una optimización del proyecto, dirigirlo con mayor eficacia hacia la consecución de sus objetivos. / Viewing design through the prism of science could give an extraordinary twist to the modern theory of art and design. Establishing, for example, a parallel between the modern concept of design or art and physical systems would enable us to provide a theoretical explanation for the existence of unpredictable, chaotic behaviour in the elements of a design. Furthermore, it would enable the thesis that, contrary to received wisdom, any design project -even one based on scientific methods- is by its very nature indescribable in its totality as, even though we can identify its parts or elements, we can never observe the overall set of interactions between its components. It could give us a more comprehensive vision of its significant elements and operative relationships, with which we can optimise a project and steer it more effectively and efficiently towards the achievement of its aims.

Les microcàpsules són partícules habitualment esfèriques, el diàmetre de les quals es troba entre 1 i 1000 µm. Estan formades per una paret polimèrica que reté al seu interior un altre material amb la finalitat d’aïllar-lo del medi, protegir-lo o alliberar-lo de manera controlada. La microencapsulació s’utilitza en molts i diversos camps, des de la medicina fins la construcció, tractant-se d’una tecnologia en constant desenvolupament degut a les seves múltiples possibilitat. Les investigacions s’enfoquen a buscar nous mètodes de producció més fàcilment escalables i que permetin dissenyar i controlar les propietats del producte. En aquest context, el present treball té per objectiu la producció i caracterització de microcàpsules mitjançant un mètode simple i que permeti controlar les propietats del producte. S’ha treballat amb càpsules de polisulfona preparades per atomització seguida d’inversió de fases, i s’han utilitzat per encapsular vanil•lina, un material especialment difícil de encapsular. / Las microcápsulas son partículas habitualmente esféricas, cuyo diámetro se encuentra entre 1 y 1000 µm. Están formadas por una pared polimérica que retiene en su interior otro material con el fin de aislarlo del medio, protegerlo o liberarlo de forma controlada. La microencapsulación se utiliza en muchos y variados campos, desde la medicina hasta la construcción y se trata de una tecnología en constante desarrollo debido a sus múltiples posibilidades. Las investigaciones se dirigen a buscar nuevos métodos de producción, más fácilmente escalables y que permitan diseñar y controlar las propiedades del producto. En este contexto, el presente trabajo tiene por objetivo la producción y caracterización de microcápsulas mediante un método simple y que permita controlar las propiedades del producto. Se ha trabajado con cápsulas de polisulfona preparadas por atomización seguida de inversión de fases, y se han utilizado para encapsular vanilina, un material especialmente difícil de encapsular. / Microcapsules are particles, usually spherical, whose diameter is in between 1 and 1000 microns. They are constituted by a polymeric wall that retains inside it another material in order to isolate it from the environment, protect it or release it in a controlled way. Microencapsulation is used in many different fields, from medicine to construction and it is a technology which undergoes continuous development due to its many possibilities. Research is focused on proposing more simple and easy to scale up methods, which enable the design and control of the product properties. In this context, the present work is focused on the production and characterization of microcapsules through a simple method which allows to control the properties of the capsules. We have worked with polysulfone capsules prepared by atomization followed by phase inversion. Furthermore, vanillin, which is a compound especially difficult to encapsulate, has been successfully encapsulated with our method.

El objetivo general de este trabajo es la determinación de la vida útil de albaricoques deshidratados y uvas pasas sometidos a distintos procedimientos de conservación, y el análisis de la influencia de las condiciones de conservación sobre esa vida útil. Se determinaron experimentalmente las isotermas de equilibrio y se realizó el ajuste de los resultados mediante el modelo de GAB, obteniéndose un buen ajuste. Sometidas las muestras a diferentes pretratamientos, se procedió a su deshidratación parcial y al envasado en diversos materiales - bandejas de polipropileno termoselladas con films y frascos de vidrio - y atmósferas - N2 y aire -. Las muestras se conservaron aproximadamente un año a temperaturas entre 5 y 40ºC. Los parámetros medidos durante la conservación han sido: humedad, contenido en SO2, azúcares reductores, pérdida de peso, actividad de agua, color y textura. Se ha modelizado la evolución de la humedad durante la conservación considerando los intercambios con el ambiente y la producción de agua atribuida a reacciones de Maillard, obteniéndose una buena correlación entre los valores calculados y los resultados experimentales. Se ha comprobado que la evolución del contenido en SO2 y en humedad pueden simularse mediante un modelo cinético de primer orden. El análisis de la atmósfera interna en las bandejas termoselladas con materiales poliméricos ha mostrado que cuando la atmósfera inicial de envasado es N2, se llega en todos los casos a una composición similar a la del aire exterior. Cuanto mayor es la temperatura, antes se alcanza ese equilibrio. Se observó un descenso importante en el contenido de SO2, especialmente en las muestras almacenadas a temperaturas más altas, lo que condujo a un pardeamiento más intenso. Este descenso también se observó en la humedad en el caso de las muestras envasadas en bandejas termoselladas con film; por el contrario, en el caso de las muestras envasadas en vidrio se encontró a altas temperaturas un cierto incremento en el contenido en humedad, lo que se interpreta como resultado del agua generada en los procesos de pardeamiento de Maillard. Estos procesos fueron acompañados de un aumento en el cociente entre el contenido en fructosa y el de glucosa, debido a la mayor reactividad de la glucosa respecto a la fructosa en este tipo de reacciones. En cuanto a la textura, en el caso de las muestras envasadas en films, el valor de la fuerza máxima va creciendo a medida que aumenta la temperatura, al disminuir la humedad; sin embargo, para las muestras envasadas en vidrio, permanece casi constante a las temperaturas de conservación inferiores y aumenta ligeramente a las temperaturas más elevadas. El hecho de que a las temperaturas de 35 y 40ºC la humedad de las muestras conservadas en vidrio aumente y sin embargo los valores de textura sufran un ligero incremento, puede atribuirse a la aparición de cambios en la estructura del producto entre 25 y 35ºC. Mediante análisis calorimétrico, se observó una transición de segundo orden a 32 + 1ºC. Como resultado del estudio se propone un valor de la vida útil para cada conjunto de condiciones de almacenamiento-producto. / This study addresses the evolution of dehydrated foods during its storage. The general objective is determination of shelf life of the foods submitted to different conservation processes and analysis of the influence of the conservation conditions on their shelf life. Packages based on polypropylene trays thermosealed with polymeric material and glass flasks and nitrogen and air as inside atmospheres were used. The storage temperatures ranged from 5ºC to 40ºC. The evolution of the moisture content during the preservation has been modelled considering the exchanges with the environment and the production of water due to Maillard reactions, obtaining a good correlation. The most drastic changes in the characteristics of the product have been observed at the highest conservation temperatures. The SO2 content and moisture can be depicted by means of a first order kinetics. An important decrease was observed in the SO2 content, leading to a more intense browning. This decrease was also observed in the moisture in samples packaged in trays thermosealed with film. On the contrary, in the case of samples packaged in glass, a small increase in the content of moisture was observed at high temperatures. This could be interpreted as a result of the water generated in Maillard's reactions. Due to the highest reactivity of glucose regarding fructose in these reactions, the browning of the samples is accompanied by an increase in the ratio between fructose and glucose contents. With regard to the texture, for the samples packaged in films, the value of maximum force increases with the temperature, along with a moisture decreases. For the samples packaged in glass, the values remain almost constant at the lower temperatures and increase slightly at higher temperatures. The fact that at the temperatures of 35 and 40ºC the moisture of the samples hold in glass containers increases and however the texture suffers a slight increment, could be explained by the appearance of changes in the structure of the product between 25 and 35ºC. A calorimetric analysis of the dried products considered was also carried out, obtaining a second order phase transition at 32 + 1ºC.As a result of this study a set of shelf life values are proposed for each storage conditions-product group.

Una de las principales fuentes de contaminación de las aguas es el vertido de efluentes insuficientemente depurados, razón por la que el control de vertidos ha centrado gran parte de las actuaciones legislativas de las administraciones competentes en esta materia. Las técnicas convencionales de depuración de metales pesados presentan dificultades para lograr el cumplimiento de los límites de vertido siendo necesaria la búsqueda de técnicas alternativas para reducir estas emisiones. En este sentido, la investigación en bioadsorción ha mostrado en los últimos años el potencial de esta tecnología para el tratamiento de aguas contaminadas por metales pesados. El objetivo de la tesis doctoral es el estudio de la bioadsorción como tecnología para el tratamiento de aguas residuales industriales contaminadas con metales pesados utilizando Posidonia oceanica y turba como bioadsorbentes. Para ello se ha implementado una metodología dirigida al desarrollo de una herramienta de predicción del proceso de bioadsorción en lecho fijo y a la evaluación de la potencial aplicación del proceso a nivel industrial. La presentación de resultados se inicia con el estudio experimental dirigido a la evaluación del uso de la Posidonia oceanica y de la turba para la eliminación de cobre en aguas. Tras determinar las características físico-químicas de ambos bioadsorbentes, se han evaluado los mecanismos de interacción con el cobre. Se presenta la caracterización del equilibrio de adsorción tanto en discontinuo como en la operación dinámica en columnas de lecho fijo. El empleo de una técnica de estímulo-respuesta ha permitido determinar los valores del coeficiente de dispersión hidrodinámica y su variación con la velocidad intersticial del fluido en lechos de ambos bioadsorbentes. La presencia de agentes complejantes en las aguas residuales puede ocasionar interferencias en los tratamientos de depuración convencionales. Por ello, se analiza el efecto de la presencia de EDTA, seleccionado como agente complejante típico, sobre el rendimiento del proceso. Asimismo, se analiza la reutilización de los bioadsorbentes en ciclos consecutivos de adsorción-desorción. A continuación se presenta el modelo matemático desarrollado con el fin de obtener una herramienta para la simulación de la bioadsorción de metales pesados en columna de lecho fijo. La calibración del modelo se ha realizado utilizando los datos de los ensayos de bioadsorción de cobre en columna de lecho fijo sobre Posidonia oceanica y sobre la turba, y ha permitido la estimación del coeficiente de transferencia de materia interna en estos sistemas. Con la validación del modelo, realizada a partir de experimentos independientes a los utilizados en la fase de calibración, se corroboran las hipótesis del modelo. Asimismo, se incluye un análisis de sensibilidad del modelo mostrando la influencia del coeficiente de dispersión hidrodinámica y del coeficiente de transferencia de materia interna sobre los resultados de las predicciones del modelo. El trabajo se completa con ensayos realizados en el marco de un proyecto de investigación aplicada, financiado por el Instituto Tecnológico Metal-Mecánico (AIMME) para evaluar la aplicación de la tecnología en el sector de tratamiento de superficies. Se presenta un estudio comparativo del rendimiento de la operación sobre diversos materiales incluyendo la Posidonia oceanica y la turba, otros bioadsorbentes (chitosan y chitín) y dos carbones activados comerciales, utilizando cobre o níquel como metales pesados de referencia en las aguas residuales de este sector. El estudio incluye la evaluación de la bioadsorción para el tratamiento de aguas residuales aportadas por una empresa del sector de tratamiento de superficies metálicas. Por último, se analizan los resultados del estudio de una configuración de columnas en serie utilizando un lecho de bioadsorbente seguido de un lecho de carbón activado como alternativa para el tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados en presencia de agentes complejantes. / The objective of this doctoral thesis is to study biosorption technology for treatment of wastewater polluted with heavy metals using Posidonia oceanica and peat as biosorbents. For this purpose, a methodology has been implemented to develop a fixed-bed performance prediction tool and to evaluate the industrial application of biosorption technology. Posidonia oceanica and peat are tested for copper removal from wastewater. Physicochemical properties of both biosorbents and mechanisms involved in copper retention are evaluated. Equilibrium results in batch and dynamic conditions in fixed-bed columns are presented. Hydrodynamic characterisation of biosorbent beds has been achieved with a stimulus-response technique and consequently the hydrodynamic dispersion coefficient and its variation with fluid interstitial velocity have been obtained. The effect of the presence of EDTA in the feed solution of the column was investigated for both biosorbents from an industrial application perspective. Likewise, reutilisation of biosorbents was evaluated in adsorption−desorption cycles. A mathematical model has been developed as a simulation tool for heavy metal biosorption fixed-bed processes. Model calibration is carried out using experimental results of copper biosorption in fixed-bed columns, which allows the intraparticle mass transfer coefficient to be estimated. Experimental results obtained in independent biosorption experiments were used to model validation, corroborating model hypothesis. Finally, the influence of hydrodynamic dispersion coefficient and intraparticle mass transfer coefficient on simulation results is evaluated with a sensitivity analysis. The thesis is completed with a study carried out as a part of a research project focused on the industrial application of the technology. The experimental design was developed to evaluate biosorption technology to treat industrial wastewater from surface treatment facilities, whose main characteristic is the presence of complexing agents. The copper and nickel biosorption performance of Posidonia oceanica and peat is compared with those of other biosorbents (chitosan and chitin) and with two activated carbons. Sorbent performances were also checked using industrial wastewater of a representative facility of the surface treatment sector. A serial column configuration with a biosorbent bed of Posidonia oceanica or peat coupled with an activated carbon bed was evaluated as an alternative configuration for heavy metal with complexing agent wastewater treatment.