En esta tesis se presenta un sistema de lectura eléctrica de microarrays que comprenden una serie de transductores impedimétricos con los cuales realizar la detección multiplexada de hasta 36 eventos biológicos en un mismo sustrato. Al igual que con los microarrays de lectura fluorescente, se han empleado sustratos de vidrio desechables para la fabricación del microarray. Sin embargo, a diferencia de ellos , el sistema presentado es compacto y requiere una instrumentación sencilla y de bajo coste, lo que hace que el sistema pueda ser muy útil para realizar la descentralización de este tipo de medidas analíticas. Otros sistemas de lectura eléctricos compactos reportados anteriormente se basan en la inmovilización de los receptores biológicos específicos sobre la superficie del transductor, lo que hace que sean de un solo uso y por lo tanto costosos. Nuestro sistema combina las ventajas de los sistemas eléctricos anteriores y los escáneres de fluorescencia. El array de electrodos interdigitados (IDEs) se fabricó sobre sustratos de vidrio. Las medidas conductimétricas fueron realizadas con estos transductores mediante la aplicación de reacciones de inmunoensayo que emplean la ureasa como marca. La hidrólisis de la urea catalizada por la ureasa produce especies iónicas en solución que aumentan su conductividad. Los microarrays se fabrican sobre portaobjetos de vidrio convencional. Para la lectura, se coloca sobre el microarray sobre el array de IDEs dejando un espacio de fijo entre ambos, de modo que cada punto del microarray se alinea con su IDE correspondiente. En el proceso de medida se depositaron gotas de solución de medida que contienen urea que ponían en contacto el IDE y el punto correspondiente del microarray. Sin embargo, en un primero trabajo se presentaron algunos inconvenientes importantes relacionados con la evaporación de las gotas y el cross-talk químico entre las gotas adyacentes debido a migración de especies iónicas, lo que hizo que el sistema presentase unas características de sensibilidad y límite de detección sensiblemente más limitadas que las mostradas por los sistemas de detección fluorescente. Por otra parte, se requería de un microdispensador para posicionar con precisión las gotas sobre los transductores. En un segundo trabajo, se encontró una solución para resolver estos inconvenientes y se demostró el potencial del sistema para se un competidor real, en términos de rendimiento analítico, frente a los sistemas basados en fluorescencia. Dicha solución se basó en el empleo una estructura de PDMS que incluye 36 micropocillos de 1.2 µL de volumen, los cuales se disponen sobre el array de transductores para contener el volumen de solución de urea y poder realizar la lectura de cada punto del microarray dentro de una cavidad cerrada. Con esta configuración se consiguió evitar por completo los problemas de evaporación y cross-talk químico. Por último, se presenta un tercer trabajo donde se automatizó este sistema de lectura mediante la implementación de una estructura microfluídica que incluye el array de micropocillos de PDMS así como los componentes fluídicos necesarios para realizar el llenado automático de los mismos así como su lavado posterior una vez realizada la lectura de un microarray. De esta forma, se mejoró el rendimiento del sistema de lectura a la vez que su fiabilidad al minimizar la manipulación por parte de un usuario. / An electrical readout system of microarrays comprising an array of conductimetric transducers, which enabled multiplexed detection of up to 36 biological events on the same substrate, is reported in this thesis. Similarly to fluorescent readout counterparts, regular glass slides were applied for carrying out the microarray. However, unlike them, the presented system is compact and requires a simple and inexpensive instrumentation, thus being ideally suited for deployment of bioarray detection approaches. Other compact electrical readout systems previously reported are based on the immobilization of the specific bioreceptors on the transducer surface, which make them single-use and thus expensive. Our system combines the merits of both previous electrical systems and the fluorescence scanner approaches. An array of 40 μm-pitch gold interdigitated electrode pairs (IDEs) was fabricated on glass substrates. Conductimetric measurements were carried out with these transducers by applying urease-based (urease labeled) immunoassay reactions. The hydrolysis of urea catalyzed by urease produces ionic species in solution that increase its conductivity. In order to carry out such detection scheme, the bioarray was developed on a regular glass slide substrate, which was then placed over the IDE microarray leaving a fixed gap and aligned so that each spot of the bioarray faced one IDE. Therein, the droplets of urea solution were placed in the gap to contact the IDEs and the corresponding spots of the bioarray. However, in the development of the first approach, some major drawbacks related to droplet evaporation and chemical cross-talk between adjacent droplets made the system to be far from achieving the performance of fluorescent detection approaches. Moreover, a microdispenser was required to accurately position the droplets. In a second approach, we found the solution for circumventing these drawbacks and the demonstration of the potential of the system as a real competitor against fluorescence based systems in terms of analytical performance. An array structure of 36 PDMS microwells having a volume of 1.2 μL were fabricated by molding and positioned over the IDE array. The geometry of each microwell includes an O-ring like structure and an empty area around it, which enabled first, to easily fill it without using any specific instrumentation and second, to ensure its liquid tightness once the bioarray was positioned over it. This set-up was demonstrated to completely avoid the evaporation and chemical cross-talk issues. Finally, a third approach is presented, where the readout automatized by means of a microfluidic structure that includes the PDMS microwells together with those fluidic components that enabled the automatic filling with the measuring solution as well as the cleaning step of the system once a microarray was measured. Working in this way improves the throughput of the electrical readout system as well as enhanced its reliability by minimizing the manipulation by the user.

Computational approaches for modeling expressive music performance have produced systems that emulate human expression, but few steps have been taken in the domain of ensemble performance. Polyphonic expression and inter-dependence among voices are intrinsic features of ensemble performance and need to be incorporated at the very core of the models. For this reason, we proposed a novel methodology for building computational models of ensemble expressive performance by introducing inter-voice contextual attributes (extracted from ensemble scores) and building separate models of each individual performer in the ensemble. We focused our study on string quartets and recorded a corpus of performances both in ensemble and solo conditions employing multi-track recording and bowing motion acquisition techniques. From the acquired data we extracted bowed-instrument-specific expression parameters performed by each musician. As a preliminary step, we investigated over the difference between solo and ensemble from a statistical point of view and show that the introduced inter-voice contextual attributes and extracted expression are statistically sound. In a further step, we build models of expression by training machine-learning algorithms on the collected data. As a result, the introduced inter-voice contextual attributes improved the prediction of the expression parameters. Furthermore, results on attribute selection show that the models trained on ensemble recordings took more advantage of inter-voice contextual attributes than those trained on solo recordings. The obtained results show that the introduced methodology can have applications in the analysis of collaboration among musicians. / L’estudi de l’expressivitat musical ha produït models computacionals capaços d’emular l’expressivitat humana, però aquests models encara no es poden aplicar al cas dels conjunts musicals. Per estudiar l’expressivitat dels conjunts musicals, s’han de tenir en compte dues característiques principals: l’expressió polifònica i la interdependència entre veus. Per aquesta raó, proposem una nova metodologia que es basa en la introducció d’una sèrie d’atributs intervocals, que hem extret de la partitura, que es poden utilitzar per construir models d’expressivitat individuals per a cada un dels músics. Hem col•leccionat un conjunt de peces musicals a partir de l’enregistrament multipista i de la captura de moviments d’un quartet de cordes, en un corpus que recull peces concretes tocades tant en grup com individualment. D’aquestes dades, hem extret diversos paràmetres que descriuen l’expressivitat per a cada un dels músics d’un conjunt de corda. El primer pas ha estat estudiar, des d’un punt de vista estadístic, les diferències entre l’actuació d’una mateixa peça tant en solitari com en grup. Després, hem estudiat les relacions estadístiques entre els atributs intervocals i els paràmetres d’expressivitat. A continuació, hem construït models d’expressivitat a partir de la utilització d’algoritmes d’aprenentatge automàtic amb les dades col•leccionades. Com a resultat, els atributs intervocals que hem proposat han millorat la predicció del paràmetres d’expressivitat. Hem pogut demostrar com aquests models que han après d’actuacions en grup utilitzen més atributs intervocals que aquells que ho han fet d’actuacions en solitari. Aquests resultats mostren que la metodologia i models introduïts es poden aplicar en l’anàlisi de la col•laboració entre membres d’un conjunt musical. / El estudio de la expresividad musical ha producido modelos computacionales capaces de emular la expresividad humana, pero estos modelos todavía no se pueden aplicar al caso de los conjuntos musicales. Para estudiar la expresividad de los conjuntos musicales, se deben tener en cuenta dos características principales: la expresión polifónica y la interdependencia entre voces. Por esta razón, proponemos una nueva metodología que se basa en la introducción de una serie de atributos intervocales, que hemos extraído de la partitura, que se pueden utilizar para construir modelos de expresividad individuales para cada uno de los músicos. Hemos coleccionado un conjunto de piezas musicales a partir de la grabación multipista y de la captura de movimientos de un cuarteto de cuerdas, en un corpus que recoge piezas concretas tocadas tanto en grupo como individualmente. De estos datos, hemos extraído varios parámetros que describen la expresividad para cada uno de los músicos de un conjunto de cuerdas. El primer paso ha sido estudiar, desde un punto de vista estadístico, las diferencias entre la actuación de una misma pieza tanto en solitario como en grupo. Después, hemos estudiado las relaciones estadísticas entre los atributos intervocales y los parámetros de expresividad. A continuación, hemos construido modelos de expresividad a partir de la utilización de algoritmos de aprendizaje automático con los datos coleccionados. Como resultado, los atributos intervocales que hemos propuesto han mejorado la predicción de los parámetros de expresividad. Hemos podido demostrar cómo estos modelos que han aprendido de actuaciones en grupo utilizan más atributos intervocales que aquellos que lo han hecho de actuaciones en solitario. Estos resultados muestran que la metodología y modelos introducidos se pueden aplicar en el análisis de la colaboración entre miembros de un conjunto musical.

Material addicional: http://hdl.handle.net/10230/24647 / The automatic analysis of musical rhythm from audio, and more specifically tempo and beat tracking, is one of the fundamental open research problems in Music Information Retrieval (MIR) research. Automatic beat tracking is a valuable tool for the solution of other MIR problems, as it enables beat- synchronous analysis of different music tasks. Even though automatic rhythm description is a relatively mature research topic in MIR tempo estimation and beat tracking remain an unsolved problem. We describe a new method for the extraction of beat times with a confidence value from music audio, based on the measurement of mutual agreement between a committee of beat tracking systems. The method can also be used identify music samples that are challenging for beat tracking without the need for ground truth annotations. we also conduct an extensive comparative evaluation of 32 tempo estimation and 16 beat tracking systems. / El análisis automático musical del ritmo en audio, y más concretamente el tempo y la detección de beats (Beat tracking), es uno de los problemas fundamentales en recuperación de información de Musical (MIR). La detección automática de beat es una valiosa herramienta para la solución de otros problemas de MIR, ya que permite el análisis sincronizado de la música con los beats para otras tareas. Describimos un nuevo método para la extracción de beats en señales de audio que mide el grado de confianza de la estimación, basado en la medición del grado de similitud entre un comité de sistemas de detección de beats. Este método automático se puede utilizar también para identificar canciones que son difíciles para la detección de beats. También realizamos una extensa evaluación comparativa de los sistemas actuales de descripción automática ritmo. Para esto, Evaluamos 32 algoritmos de tempo y 16 sistemas de detección de beats.

Decision confidence offers a window on introspection and onto the evaluation mechanisms associated with decision-making. Nonetheless we do not have yet a thorough understanding of its neurophysiological and computational substrate. There are mainly two experimental paradigms to measure decision confidence in animals: post-decision wagering and uncertain option. In this thesis we explore and try to shed light on the computational mechanisms underlying confidence based decision-making in both experimental paradigms. We propose that a double-layer attractor neural network can account for neural recordings and behavior of rats in a post-decision wagering experiment. In this model a decision-making layer takes the perceptual decision and a separate confidence layer monitors the activity of the decision-making layer and makes a judgment about the confidence in the decision. Moreover we test the prediction of the model by analyizing neuronal data from monkeys performing a decision-making task. We show the existence of neurons in ventral Premotor cortex that encode decision confidence. We also found that both a continuous and discrete encoding of decision confidence are present in the primate brain. In particular we show that different neurons encode confidence through three different mechanisms: 1. Switch time coding, 2. rate coding and 3. binary coding. Furthermore we propose a multiple-choice attractor network model in order to account for uncertain option tasks. In this model the confidence emerges from the stochastic dynamics of decision neurons, thus making a separate monitoring network (like in the model of the post-decision wagering task) unnecessary. The model explains the behavioral and neural data recorded in monkeys lateral intraparietal area as a result of the multistable dynamics of the attractor network, whereby it is possible to make several testable predictions. The rich neurophysiological representation and computational mechanisms of decision confidence evidence the basis of different functional aspects of confidence in the making of a decision. / El estudio de la confianza en la decisión ofrece una perspectiva ventajosa sobre los procesos de introspección y sobre los procesos de evaluación de la toma de decisiones. No obstante todav'ia no tenemos un conocimiento exhaustivo del sustrato neurofisiológico y computacional de la confianza en la decisión. Existen principalmente dos paradigmas experimentales para medir la confianza en la decisión en los sujetos no humanos: apuesta post-decisional (post-decision wagering) y opción insegura (uncertain option). En esta tesis tratamos de aclarar los mecanísmos computacionales que subyacen a los procesos de toma de decisiones y juicios de confianza en ambos paradigmas experimentales. El modelo que proponemos para explicar los experimentos de apuesta post-decisional es una red neuronal de atractores de dos capas. En este modelo la primera capa se encarga de la toma de decisiones, mientras la segunda capa vigila la actividad de la primera capa y toma un juicio sobre la confianza en la decisión. Sucesivamente testeamos la predicción de este modelo analizando la actividad de neuronas registrada en el cerebro de dos monos, mientras estos desempeñaban una tarea de toma de decisiones. Con este análisis mostramos la existencia de neuronas en la corteza premotora ventral que codifican la confianza en la decisión. Nuestros resultados muestran también que en el cerebro de los primates existen tanto neuronas que codifican confianza como neuronas que la codifican de forma continua. Más en específico mostramos que existen tres mecanismos de codificación: 1. codificación por tiempo de cambio, 2. codificación por tasa de disparo, 3. codificación binaria. En relación a las tareas de opción insegura proponemos un modelo de red de atractores para opciones multiplas. En este modelo la confianza emerge de la dinámica estocástica de las neuronas de decisión, volviéndose así innecesaria la supervisión del proceso de toma de decisiones por parte de otra red (como en el modelo de la tarea de apuesta post-decisional). El modelo explica los datos de comportamiento de los monos y los registros de la actividad de neuronas del área lateral intraparietal como efectos de la dinámica multiestable de la red de atractores. Además el modelo produce interesantes y novedosas predicciones que se podrán testear en experimentos futuros. La compleja representación neurofisiológica y los distintos mecanísmos computacionales que emergen de este trabajo sugieren distintos aspectos funcionales de la confianza en la toma de decisiones.

Fluctuations in perceptual decisions emerge when our brain confronts with ambiguous sensory stimuli. For instance, our perception alternates between two conflicting images when presented dichoptically to our eyes, allowing a dissociation of the sensory stimulation from the conscious visual perception, and therefore providing a gateway to consciousness. How does the brain work when it deals with such ambiguous sensory stimuli? We addressed this question theoretically by employing a biophysically realistic attractor network, by consistently reducing it to a four- variable rate- based model, and by extracting analytical expressions for second- order statistics. We considered human behavioral and macaque neurophysiological data collected when subjects were confronting with such ambiguities. Our results show the relevance of neuronal adaptation in perceptual decision making, as well as that it contributes to the speed- accuracy trade- off. Furthermore, our findings affirm that both noise and neural adaptation operate in balance during the fluctuating states of visual awareness and suggest that while adaptation in inhibition is not relevant for the perceptual alternations, it contributes to the brain dynamics at rest. Finally, we explain the observed neuronal noise- decorrelation during visual consciousness and provide insights on the long- standing question: where in the brain rivalry is resolved. / Les fluctuacions en les decisions perceptives sorgeixen quan el nostre cervell s'enfronta a estímuls sensorials ambigus. Per exemple, la nostra percepció alterna entre dues imatges contradictòries quan es presenten de forma dicòptica als nostres ulls, cosa que permet una dissociació de l'estimulació sensorial de la percepció visual conscient, i per tant proporciona una porta d'entrada a la consciència. Com funciona el cervell quan es tracta d'aquest tipus d'estímuls sensorials ambigus? Hem tractat aquesta qüestió de forma teòrica mitjançant l'ús d'una xarxa d'atractors biofísicament realista, reduint-la de forma consistent a un model de quatre variables basat en la freqüència, i extraient expressions analítiques pels estadístics de segon ordre. Hem emprat dades neurofisiològiques de comportament d'humans i macacos recollides quan els subjectes s'enfrontaven a aquest tipus d'ambigüitats. Els nostres resultats mostren la importància de l'adaptació neuronal en la presa de decisions perceptives i mostren la seva contribució a l'equilibri velocitat-precisió. D'altra banda, els nostres resultats confirmen que tant el soroll com l'adaptació neural operen en equilibri durant els estats fluctuants de consciència visual i suggereixen que, si bé l'adaptació en la inhibició no és rellevant per a les alternances de percepció, contribueix a la dinàmica del cervell en repòs. Finalment, expliquem la decorrelació del soroll neuronal observada durant la consciència visual i proporcionem noves idees en relació a l’antiga qüestió de en quin lloc del cervell es resol la rivalitat visual.

Over the past few years the use of computer-supported games for learning purposes has reported many educational benefits in terms of students’ motivation and engagement towards learning. However, the comprehensive integration of Game-Based Learning (GBL) environments in formal learning settings is still a challenge that shapes several interdisciplinary research problems in the domain of GBL. A main problem is that for games to be relevant in formal education they need to be aligned with the curriculum and adapted to teachers’ requirements depending on their particular educational situations. An approach to face this problem is to formulate GBL technologies that enable teachers to design meaningful games for their scenarios. This thesis contributes to this approach in GBL. In particular, the thesis focuses on location-based learning games. These games are relevant to create contextualized learning activities in which physical objects and spaces are virtually augmented with interactive digital objects. The thesis’ standpoint is that for teachers to be involved in the definition of location-based games, their constituting design elements need to be of feasible customization by teachers while, at the same time, enable rich learning activities. From the premise that the structural design of location-based learning games is often inspired by board games, the thesis proposes a puzzle board metaphor and a template based on the metaphor as techniques for the design of location-based learning games. The thesis also contributes with a model for the computational representation of the games and a set of implementation guidelines. The design and implementation techniques are applied and evaluated in a set of case studies at different scales involving a total of 36 teachers and 253 students. / A lo largo de los últimos años, el uso de juegos computacionales para el aprendizaje ha aportado diversos beneficios educativos relacionados, principalmente, con la motivación y el interés de los estudiantes hacia el aprendizaje. Sin embargo, la adopción de entornos de aprendizaje basados en juegos (también conocidos como Game-Based Learning ó GBL en inglés) en contextos educativos formales todavía es un reto que conlleva varios problemas de investigación interdisciplinares dentro del dominio del GBL. Uno de los problemas principales es que para que los juegos sean relevantes en la educación formal, tienen que estar alineados con el curriculum y adaptados a los requisitos de los profesores dependiendo de sus situaciones educativas particulares. Una solución para afrontar este problema consiste en el desarrollo de tecnologías basadas en el GBL que permitan a los profesores diseñar juegos significativos para sus escenarios. Esta tesis contribuye a este enfoque en el GBL. En particular, esta tesis se centra en los juegos de aprendizaje ubicuos. Estos juegos son relevantes porque permiten crear actividades de aprendizaje contextualizadas en las que objetos y espacios físicos son virtualmente aumentados con objetos digitales interactivos. El punto de partida de esta tesis considera que, para que los profesores se involucren en el diseño de juegos de aprendizaje ubicuos, los elementos de diseño que componen este tipo de juegos tienen que poder ser personalizados por los profesores mientras que, al mismo tiempo, deben permitir la creación de actividades de aprendizaje enriquecidas. Considerando la premisa de que el diseño estructural de juegos de aprendizaje ubicuos a menudo está inspirado en “juegos de tablero”, esta tesis propone una metáfora de “tablero de puzzles” junto con un conjunto de plantillas basadas en dicha metáfora como técnicas para el diseño de juegos de aprendizaje ubicuos. Esta tesis, además, contribuye con un modelo para la representación computacional de estos juegos y una serie de guías de implementación. Tanto las técnicas de diseño como las de implementación se han utilizado y evaluado en un conjunto de estudios de caso a diferentes escalas en los que han participado un total de 35 profesores y 253 estudiantes. / Al llarg dels últims anys, l’ús de jocs computacionals per a l’aprenentatge ha aportat diversos beneficis educatius relacionats, principalment, amb la motivació i l’interès dels estudiants cap a l’aprenentatge. No obstant això, la adopció d'entorns d'aprenentatge basats en jocs (també coneguts com Game-Based Learning o GBL en anglès) en contextos educatius formals encara és un repte que comporta diversos problemes de recerca interdisciplinaris dins del domini del GBL. Un dels problemes principals és que perquè els jocs siguin rellevants en l'educació formal, han d'estar alineats amb el currículum i adaptats als requisits dels professors depenent de les seves situacions educatives particulars. Una solució per afrontar aquest problema consisteix en el desenvolupament de tecnologies basades en el GBL que permetin als professors dissenyar jocs significatius per als seus escenaris. Aquesta tesi contribueix a aquest enfocament en el GBL. En particular, aquesta tesi se centra en els jocs d’aprenentatge ubics. Aquests jocs són rellevants perquè permeten crear activitats d’aprenentatges contextualitzades en les quals objectes i espais físics són virtualment augmentats amb objectes digitals interactius. El punt de partida d’aquesta tesi considera que, perquè els professors s’involucrin en el disseny de jocs d’aprenentatge ubics, els elements de disseny que componen aquest tipus de jocs han de poder ser personalitzats pels professors mentre que, al mateix temps, permetre la creació d’activitats d’aprenentatge enriquides. Considerant la premissa que el disseny estructural de jocs d’aprenentatge ubics sovint està inspirat en “jocs de tauler”, aquesta tesi proposa una metàfora de “tauler de puzles” juntament amb un conjunt de plantilles basades en aquesta metàfora com a tècniques per al disseny de jocs d’aprenentatge ubics. Aquesta tesi, a més, contribueix amb un model per a la representació computacional d’aquests jocs i una sèrie de guies d’implementació. Tant les tècniques de disseny com les d’implementació s’han utilitzat i avaluat en un conjunt d’estudis de cas a diverses escales en els quals han participat un total de 35 professors i 253 estudiants.

El conreu sota hivernacle en regions amb clima mediterrani ha experimentat un granaugment en els darrers anys. La majoria d´aquests hivernacles són estructures de baixcost amb coberta de plàstic. Malgrat tot, s´observa una clara tendència vers equipamentsi hivernacles amb un nivell tecnològic més gran que possibiliti un millor control de lescondicions de conreu. Es per això, que els hivernacles multitúnel s´estant imposant cadacop més als països de la mediterrània.Degut a les característiques climàtiques (valors de radiació i temperatura elevats) elprincipal problema d´aquests hivernacles és la elevada temperatura de l´aire interior quees produeix des de principis de primavera fins a finals de la tardor, fet que origina greusefectes sobre la qualitat i rendiment dels conreus. La ventilació natural és el procés méssenzill i econòmic per reduir la temperatura de l´interior de l´hivernacle.Malgrat la seva importància, com a conseqüència de la dificultat del seu estudi, no esconeix amb precisió la ventilació natural dels hivernacles multitúnel amb coberta deplàstic.En aquesta tesi, s´analitza la ventilació natural dels hivernacles multitúnel amb cobertade plàstic i dos tipus d´obertures de ventilació (rectangular continua i intercanviable). Almateix temps, s´avalua l´efecte que provoca la incorporació de xarxes d´ombreig i antiinsectesa les obertures de ventilació.Amb aquest objectiu, el capítol 2 presenta la base teòrica dels models més utilitzats perestudiar i quantificar la ventilació natural dels hivernacles: el model del balançd´energia i el del flux d´aire originat per les diferències de pressió.Al tercer capítol es presenten els resultats obtinguts al determinar en camp mitjançant latècnica del gas traçador la taxa de ventilació d´un hivernacle multitúnel de tres nausamb el dos sistemes de finestres (rectangular continua i intercanviable) amb i sensexarxes a les obertures de ventilació. Els resultats experimentals han permès determinaruna expressió empírica pel càlcul de la taxa de ventilació en funció de la velocitat delvent exterior, demostrant-se la nul.la influència de la diferència de temperatura entrel´aire interior i exterior sobre la taxa de ventilació (per velocitats de vent superiors a 1ms-1). També s´ha demostrat la clara influència de la direcció del vent sobre la taxa deventilació dels hivernacles, fet que ha permès diferenciar la ventilació a sobrevent isotavent.D´altra banda, també s´ha pogut quantificar la reducció del flux d´aire originada quans´incorporen xarxes anti-insectes a les obertures de ventilació de forma que en la majoria dels casos no es pot garantir la taxa mínima de ventilació. Per finalitzar destacarque els resultats mostren que el sistema de sostre intercanviable es superior al definestres rectangulars continues.En el quart capítol es mostren els resultats obtinguts quan es comparen els mètodes delbalanç d´energia i del gas traçador per determinar la taxa de ventilació d´un hivernaclemultitúnel amb obertures laterals i zenitals. D´acord amb els assajos experimentalss´observa que el mètode del balanç d´energia és útil per hivernacles amb valors baixosde taxa de ventilació produint-se grans errors quan la taxa de ventilació es superior a 0.2Renov/h msol2 . A més a més, s´observa la gran sensibilitat del mètode del balançd´energia a petites variacions de la diferència de temperatura entre l´aire interior iexterior.El capítol 5 s´ha dedicat a l´estudi de les característiques de flux de les obertures deventilació dels sistemes utilitzats en el treballs experimentals. Els assajos amb models aescala han permès determinar els valors dels coeficients de descàrrega, observant-seclares diferències entre les finestres localitzades a una nau lateral de l´hivernacle i leslocalitzades a una nau interior. També s´ha quantificat el descens del valor delcoeficient de descàrrega quan s´afegeixen xarxes a les finestres i s´han obtingutexpressions que possibiliten el càlcul dels valors del coeficient de descàrrega de lesdiferents combinacions finestra i xarxa a partir de la longitud i l´alçada de les finestres.En el capítol 6, després d´obtenir els valors corresponents del coeficient d´efecte delvent per cada una de les configuracions avaluades s´han pogut determinar els diferentsmodels que permeten quantificar la taxa de ventilació de l´hivernacle en funció de lavelocitat i la direcció del vent exterior. La comparació dels resultats experimentals i elscalculats presenta en tots els casos un ajust molt bo, fet que sembla confirmar la utilitatd´aquests models.Per finalitzar el capítol 7 recull les conclusions generals i una sèrie de suggeriments versfutures investigacions. / El cultivo bajo invernadero en regiones de clima mediterráneo ha experimentado ungran aumento en los últimos años. La mayor parte de estos invernaderos son estructurasde bajo coste con cubierta de plástico. No obstante, se observa una clara tendencia haciaequipamientos e invernaderos con un mayor nivel tecnológico que permitan un mejorcontrol de las condiciones de cultivo. En este sentido, los invernaderos multitúnel seestán imponiendo cada vez más en los países de la zona mediterránea.Debido a las características climáticas (altos valores de radiación y elevadastemperaturas) el principal problemas de estos invernaderos es la elevada temperatura delaire interior que se produce desde principios de primavera hasta finales de otoño, hechoque provoca graves efectos sobre la calidad y el rendimiento de los cultivos. Laventilación natural es el procedimiento más sencillo y económico para reducir latemperatura del interior del invernadero.A pesar de su gran importancia y, debido a la dificultad de su estudio, no se conoce consuficiente precisión la ventilación natural de los invernaderos multitúnel con cubierta deplástico.En esta tesis, se analiza la ventilación natural de los invernaderos multitúnel concubierta de plástico y dos tipos de aperturas de ventilación (rectangular continua eintercambiable). Al mismo tiempo, se evalúa el efecto que supone la incorporación demallas de sombreo y anti-insectos en las aperturas de ventilación.Con este fin, en el capítulo 2 se presenta la base teórica de los modelos más utilizados alestudiar y cuantificar la ventilación natural de invernaderos: el modelo del balance deenergía y el del flujo de aire originado por las diferencias de presión.En el tercer capítulo, se presentan los resultados obtenidos al determinar en campomediante la técnica del gas trazador la tasa de ventilación de un invernadero multitúnelde tres naves con los dos sistemas de ventanas (rectangular continua e intercambiable)con y sin mallas en las aperturas de ventilación. A partir de los resultadosexperimentales se ha podido determinar una expresión empírica para el cálculo de latasa de ventilación en función de la velocidad del viento exterior, demostrándo la nulainfluencia de la diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior sobre la tasa deventilación (para velocidades de viento superiores a 1 ms-1). También se ha demostradola clara influencia de la dirección del viento sobre la tasa de ventilación del invernaderodistinguiéndose claramente entre la ventilación a barlovento y la ventilación asotavento. Por otro lado, también se ha cuantificado la reducción del flujo de aire al incorporarmallas anti-insectos en las aperturas de ventilación de forma que en la mayoría de loscasos no puede garantizarse la tasa mínima de ventilación. Finalmente y a partir de losdatos experimentales se deduce que el sistema de techo intercambiable es claramentesuperior al de ventanas rectangulares continuas.En el capítulo cuarto se presentan los resultados obtenidos al comparar los métodos delbalance de energía y del gas trazador para determinar la tasa de ventilación de uninvernadero multitúnel con aperturas laterales y cenitales. De acuerdo con los ensayosexperimentales, se observa que el método del balance de energía es útil parainvernaderos con valores bajos de tasa de ventilación produciéndose grandes errorescuando la tasa de ventilación supera el valor de 0.2 Renov/h msuelo2 . Además, se observala gran sensibilidad del método del balance de energía a pequeñas variaciones en ladiferencia de temperatura existente entre el aire interior y exterior.El capítulo 5 se dedica al estudio de las características de flujo de las aperturas deventilación de los sistemas utilizados en el trabajo experimental. A partir de los ensayoscon modelos a escala se han podido establecer los valores de los coeficientes dedescarga, observándose claras diferencias entre las ventanas situadas en una nave lateraldel invernadero y las localizadas en una nave interior. También se ha cuantificado elimportante descenso del valor del coeficiente de descarga al incorporar mallas en lasventanas y se han obtenido expresiones que permiten calcular los valores del coeficientede descarga de las diferentes combinaciones ventana y malla conociendo únicamente lalongitud y altura de la ventana.En el capítulo 6, después de obtener los valores correspondientes del coeficiente deefecto de viento para cada una de las configuraciones evaluadas, se han podidoestablecer los diferentes modelos que permiten cuantificar la tasa de ventilación delinvernadero en función de la velocidad y la dirección del viento exterior. Lacomparación de los resultados obtenidos experimentalmente con los calculados con losmodelos presenta un ajuste muy bueno en todos los casos estudiados, hecho que parececonfirmar la utilidad de estos modelos.Finalmente en el capítulo 7 se presentan las conclusiones generales y se indican algunassugerencias de cara a futuras investigaciones sobre el tema. / Greenhouse cultivation in Mediterranean countries has experienced a considerablegrowth during the past years. Most of the greenhouses are low cost structures coveredwith plastic films, but a clear trend towards the construction of better equipped andmore technologically advanced greenhouse to allow for a better control of the growingconditions can be observed. In this ground, the importance of the so called multitunneltype structure is increasing in the Mediterranean area.Due to prevailing environmental conditions (high solar radiation levels and hightemperatures), the main problem facting cultivation in this area is the high temperaturethat develops inside of the greenhouses and its negative influence on yield and qualityof the production. Natural ventilation is the easiest and cheapest way to reduce theexcessive internal temperature. But, in spite of the importance of the subject, andperhaps due to the difficulty of approaching the problem, little is known over ventilationof multitunnel greenhouses with plastic cladding.In this dissertation, the natural ventilation of this type of structure is analyzed. Twotypes of window ( a continuous rectangular roof vents, and roll up roof vents) areconsidered. Also, the effect of the incorporation of screens on the openings is evaluated.With this goal in mind, the theory of the two most well known methods for estimatingventilation rates, namely the wind pressure driven and the energy balance methods, ispresented in chapter two.Chapter three includes the results obtained from direct measurements of the ventilationrate on the three-span greenhouse with continuous roof and roll up roof vents.Measurements were taken for both types of opening with and without screening. Thedecay rate tracer gas method was used to determine the ventilation rate. Later, empiricalregressions between ventilation rate, wind speed and internal-open air temperaturedifference were established for each type of opening. Results indicate the minorimportance of the thermal difference on the ventilation rate in comparison with theeolian effect. It is also shown the clear effect of wind direction on the air exchangeprocess: when the wind faces the opening (windward sides) the ventilation rate isclearly higher than when the wind blows for the opposite direction (leeward sides).The screening has a negative effect on the ventilation rate. In most cases, the airexchange rate of screened greenhouses with continuous rectangular roof vents is notadequate to guarantee acceptable environmental conditions. The roll up roof ventilationsystem proved to be more efficient. The experimental results prove that adequateventilation is achieved by kind of opening with most types of screens on the windows.Chapter four presents the comparison of ventilation rates values calculated by theenergy balance method and measures by the tracer gas technique. Results seems toagree when the ventilation rate is less than 0.2 Renov/h msoil2 , but strong discrepanciesappear when this values is surmounted. It is also shown the very high sensitivity of theenergy balance method to small differences on the internal-external temperaturesdifference.Chapter five is devoted to the study of the flow characteristics on the kind of openingspreviously pointed out. Test were conducted on small scale greenhouses to determinethe discharge coefficients of openings as a function of their aspect ratios. Significativedifferences where found between openings located in the roof of central and lateralspans. Discharge coefficients of screened windows were always lower than thoseobtained for unscreened openings. Expressions to calculate the discharge coefficient asa function of the length and width of the opening were derived.Different models to calculate the ventilation rate for each type of openings as a functionof wind speed and direction are presented in chapter six. As a previous step, the globalwind coefficients for each case study were determined. The agreement between resultsprovided by the simplified models and the measured ventilation rate values was veryhigh. From this fact can be concluded that the models presented in this chapter areuseful tools to quantify ventilation of multispan tunnel type greenhouses.Finally, general conclusions and suggestions to carry future research are presented inchapter seven.

. Un modelo completo del transporte de un compuesto orgánico (CO) en la zona no saturada del suelo en condiciones no isotérmicas ha de incorporar una descripción detallada de los flujos másicos y energéticos. En este trabajo se presenta un modelo que considera cuatro balances de materia: uno para el agua líquida, uno para la fase gaseosa en su conjunto, uno para el vapor de agua y, finalmente, uno para el CO. El balance de energía considera el transporte conductivo, convectivo y dispersivo en cada una de las fases de la matriz porosa. Las condiciones de contorno impuestas en la superficie del suelo son dinámicas con variaciones periódicas que describen los ciclos diarios. Para el balance de energía se consideran los flujos radiativos que inciden y se reflejan desde el suelo, el flujo convectivo hacia la atmósfera y el flujo que por diferentes mecanismos se dirige hacia el interior del suelo. Los resultados de la simulación del transporte no isotérmico de agua se han contrastado favorablemente con experiencias de campo, reportadas en la bibliografía, en condiciones de sequedad progresiva del suelo. Se ha simulado el transporte de benceno como ejemplo de CO volátil y del lindano como CO poco volátil y con mucha tendencia a particionarse en la materia orgánica. En estas simulaciones el CO muestra variaciones periódicas en los flujos de volatilización, debidas a las variaciones de temperatura y humedad durante un ciclo diario. En el caso del lindano se han observado oscilaciones de amplitud superior a un orden de magnitud. / . A complete transport model for organic compound migration in the unsaturated soil zone under non-isothermal conditions must include a detailed description of mass and energy fluxes. In this work a model is presented, which considers four different mass balances: one for the liquid phase, one for the gaseous phase as a whole, one for the water vapor and, finally, one for the organic compound. The energy balance considers conductive, convective and dispersive transport for each phase. The energy top boundary condition takes into account downwards and upwards radiative fluxes, convective flow to the atmosphere and energy transport into the soil. Simulation results obtained for the water transport under non-isothermal conditions agree with experimental results reported in the literature for soils that dry progressively. Benzene and Lindane have been chosen as examples of volatile and non-volatile organic compounds, respectively. Simulation results for volatilization flux exhibit periodic variations due to the temperature and humidity diurnal cycle. In the case of Lindane amplitudes as high as one order of magnitude have been observed.

Actualment, la comunitat científica ja disposa de les primeres mesures radiomètriques a banda L, polarimètriques i multi-angulars fetes de l’espai. Això és gràcies al recent llançament de la missió de la Eurepean Space Agency (ESA) anomenada Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS). Es sabut que a partir de la temperatura d’antena es possible recuperar salinitat superficial marina (Sea Surface Salinity, (SSS)) i humitat del sòl (Soil Moisture (SM)). Els beneficis de mesurar aquests dos paràmetres geofísics son múltiples, essent especialment profitosos en els camps de la oceanografia i la climatologia. La raó principal que va motivar la presentació del projecte Passive Advanced Unit (PAU) a la European Science Foundantion (ESF) va ser per estudiar la relació entre brillantor de temperatura i observables Global Navigation Satellite System Reflectometry (GNSS/R) per a millorar la recuperació de la SSS i SM. A més a més, els objectius tècnics del projecte PAU incloïen el desenvolupament de nous conceptes de radiòmetres en banda L, com a base tecnològica per a nous sistemes radiomètrics. La present tesi doctoral estén el coneixement adquirit en els últims anys en el desenvolupament del radiòmetre SMOS i és una contribució al desenvolupament d'una nova generació de sensors passius. Per primera vegada – pel que fa els coneixements de l'autor – s’ha desenvolupat amb èxit un radiòmetre amb una agrupació d’antenes capaç de formar feixos en temps real. Aquest sistema és capaç de dirigir múltiples i simultanis feixos en diferents angle d'incidència, sense cap m moviment mecànic, proporcionant així un nou mètode per a obtenir mesures multi-angulars. El projecte PAU ha estat desenvolupat en el Remote Sensing Lab, del Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions de la Universitat Politècnica de Catalunya. La present tesi doctoral descriu la tasca realitzada entre 2005 i 2010, tant en aspectes teòrics i de hardware com en el camp de la radiometria de banda L. Aquesta tesi consisteix en un estudi teòric realitzat en radiòmetres correlació amb la formació de feix digital des del punt de vista dels radiòmetres d'obertura sintètica i una anàlisi exhaustiva del impacte del sistema de digitalització. D'altra banda, han estat definits els requisits per a construir un radiòmetre de correlació amb la formació de feix digital en temps real i amb síntesi de la polarització. Un instrument amb aquestes característiques s'ha construït, a nivell intern va igualar per l'amplitud i fase de cada receptor, provat i es caracteritza a la cambra anecoica, i, finalment, s’ha realitzat campanya de camp per obtenir valors de l'emissivitat del sòl per a una gamma d’angles d'incidència. / With the recent launch of the ESA’s Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) mission the scientific community is provided with the first polarimetric and multi-angular L-band radiometric measurements from the space. From the antenna temperature is possible to retrieve Sea Surface Salinity (SSS) and Soil Moisture (SM), which benefits both the oceanographic and climatologic studies. It is well known that it exists angular and polarization dependence for the radiometric measurements. Using this dependence, it is possible to use multi-angular and polarimetric measurements to retrieve geophysical parameters. The main rationale that motivated the submission of the Passive Advanced Unit (PAU) project to the European Science Foundation (ESF) was to study the relationship between the brightness temperatures and some Global Navigation Satellite System Reflectometry (GNSS/R) observables, so as to improve the SSS retrievals. Also, the technical objectives of the PAU project included the development of new L-band radiometer concepts, such as a technological bed for providing new radiometer systems. The present PhD dissertation extends the knowledge acquired in the recent years in the development of the SMOS radiometer, and is a contribution to the development of a new generation of passive sensors. For the first time – to author’s knowledge – real-time digital beamforming and polarization synthesis have been successfully implemented in a real system. The system is able to steer multiple and simultaneous beams in different incidence angles without mechanical scan of the antenna, providing a new method to obtain multi-angular measurements combining an L-band radiometer with the concept of digital beamformer. The PAU project has been developed by the Passive Remote Sensing Group of the Remote Sensing Lab, at the Department of Signal Theory and Communications of the Universitat Politècnica de Catalunya. The present PhD dissertation describes the work undertaken between 2005 and 2010 in both theoretical and hardware issues within the field of L-band radiometry with real-time digital beamforming with polarization synthesis. This dissertation consists of a theoretical study performed on digital correlation radiometers with beamforming from the point of view of the synthetic aperture radiometers and an extended analysis of the impact of the digitization scheme. Moreover, the requirements to build a correlation radiometer with real-time digital beamforming and polarization synthesis have been stated. The new concept instrument has been built, internally equalized for the amplitude and phase of each receiver, tested and characterized in the anechoic chamber, and in a field campaign obtaining soil emissivity values for a range of incidence angles.

One of the challenges of the wind energy community today is to improve the existing background on the aerodynamic phenomena of a Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT), the prediction of the wind speed distribution on the rotor plane, and the estimation of the design loads. This dissertation aims at contributing to the fulfillment of these objectives. In this way, this study assessed the feasibility of measuring the loads exerted on a HAWT blade by means of Stereoscopic Particle Image Velocimetry (SPIV), which is a non intrusive technique that provides with the whole 3D velocity field in a plane. Thus, with this PIV-Loads method, the velocity and pressure fields, as well as the resultant aerodynamic forces around a section of the blade, would be available simultaneously, without the need of modifying the model or disturbing the flow. In order to achieve this goal progressively, the PIV-Loads method, based in a Momentum Equation contour-based approach, was firstly validated using DNS data, both for a laminar unsteady flow case, as for a velocity averaged turbulent flow. Secondly, the method was tested in the wind tunnel with a bidimensional problem, measuring forces in a stationary flat plate, for different angles of attack (with laminar and turbulent flow conditions). The force estimation results were compared with those provided by a high sensitive balance. Finally, the PIV-Loads method was applied to a HAWT model working both in axial and yaw flow conditions, measuring forces on a rotating blade for steady and unsteady cases. Final load calculations were compared with those resulting from a numerical simulation based in the Panel method approach. Bringing the project to completion, the near vortex wake of a HAWT was characterized by means of Time Resolved PIV. Regarding the PIV-Loads methodology, load predictions are more reliable if the integration path does not cross a shear layer or a boundary layer. In addition, it is neither recommended to neglect the third velocity component when measuring forces on a rotating HAWT blade, nor to eliminate the velocity fluctuation terms when dealing with turbulent flows. All implemented codes and experimental results were validated or compared with numerical or experimental alternative data showing good consistency. The conclusion is that the PIV-Loads method provides with precise results if the available velocity data is sufficiently accurate. However, any PIV errors such as lack of resolution, velocity gradients inside the interrogation window or laser reflections, may lead to uncertainties in the load measurements. Any future improvement in this sense will certainly lead to better results.