Tesi per compendi de publicacions / Mitjançant les diferents publicacions que s’inclouen en aquesta tesi per compendi, es presenta el treball realitzat dins de l’àmbit de la investigació educativa i innovació docent. Concretament es presenten les aportacions realitzades basades en el Model Tecnològic, Pedagògic i Curricular de Mishra i Koehler (2006). Per poder garantir un entorn d’aprenentatge hi ha diversos elements vertebradors que cal considerar. Per una banda les metodologies d’aprenentatge a aplicar tenint en compte els continguts curriculars que cal impartir. En segon lloc és imprescindible considerar les Tecnologies de la Informació i Comunicacions com un element clau a l’hora de dissenyar l’entorn d’aprenentatge. Finalment caldrà tenir mecanismes contrastats per tal de poder avaluar l’aprenentatge i assegurar que s’ha assolit els objectius que s’esperaven de manera eficaç i eficient. Aquesta tesi doctoral presenta un conjunt de contribucions en els diferents elements que formen part del procés d’ensenyament-aprenentatge. Per estructurar aquestes aportacions s’ha fet servir com a marc conceptual del treball de recerca el Model Tecnològic, Pedagògic i Curricular (més conegut com a TPACK) de Mishra i Koehler. D’aquesta manera es presentarà el treball realitzat en l’àmbit de les metodologies docents innovadores, com són l’anàlisi crítica realitzada mitjançant casos o el disseny de noves estratègies per afavorir l’aprenentatge actiu. També hi haurà contribucions en l’àmbit de les Tecnologies de la Informació i Comunicacions (TIC), per integrar-les dins del procés d’ensenyament-aprenentatge i utilitzar-les com a eina necessària per la implantació eficient. Es farà especial èmfasi en els processos d’avaluació, concretament en l’avaluació per competències, com un mecanisme primordial per garantir l’assoliment de l’aprenentatge, presentant nous models d’avaluació i, com a partir d’aquesta informació recollida, es pot extreure coneixement de l’estudiant per millorar els processos d’aprenentatge. / A través de las diferentes publicaciones que se incluyen en esta tesis por compendio, se presenta el trabajo realizado en el ámbito de la investigación educativa y la innovación docente. Concretamente se presentan las aportaciones realizadas basadas en el Modelo Tecnológico, Pedagógico y Curricular de Mishra y Koehler (2006). Para poder garantizar un entorno de aprendizaje efectivo hay diversos elementos vertebradores que es necesario considerar. Por un lado las metodologías de aprendizaje a aplicar teniendo en cuenta los contenidos curriculares que se deben impartir. En segundo lugar es imprescindible considerar las Tecnologías de la Información y Comunicaciones como un elemento clave en el diseño del entorno de aprendizaje. Finalmente es necesario tener mecanismos contrastados para poder evaluar el aprendizaje y asegurar que se han alcanzado los objetivos que se habían propuesto de manera eficaz y eficiente. Esta tesis doctoral presenta un conjunto de contribuciones relacionadas con los diferentes elementos que forman parte del proceso de enseñanza-aprendizaje. Para estructurar dichas aportaciones se ha utilizado como marco conceptual del trabajo de investigación el Modelo Tecnológico, Pedagógico y Curricular (más conocido como TPACK) de Mishra y Koehler. De este modo se presentará el trabajo realizado en el ámbito de las metodologías docentes innovadoras, como el análisis crítico realizado mediante el estudio de casos o el diseño de nuevas estrategias para potenciar el aprendizaje activo. También se expondrán las contribuciones hechas en el ámbito de las Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC), para integrarlas dentro del proceso de enseñanza-aprendizaje y utilizarlas como herramienta necesaria para una implantación eficiente. Se hará especial énfasis en los procesos de evaluación, concretamente en la evaluación por competencias, como un mecanismo primordial per garantizar la adquisición del aprendizaje, presentando nuevos modelos de evaluación i, cómo a partir de la información obtenida se puede extraer conocimiento del estudiante para mejorar los procesos de aprendizaje. / This PhD dissertation is a compendium of publications in the field of educational research and pedagogical innovation. These articles are based on the Technological Pedagogical Content Knowledge (TPCK) Framework by Mishra and Koehler (2006). In order to guarantee an effective learning environment, different aspects need to be considered. On the one hand, the learning methods should be applied in line with the curricular contents to be taught. On the other hand, it is essential to take into account Information and Communication Technologies as a key element in the syllabus design. Finally, it is necessary to count with contrasted mechanisms to assess the learning process and ensure that the aims have been achieved effectively and efficiently. This PhD dissertation presents a series of contributions related to the different elements that form part of the learning and teaching process. The research has been structured around the conceptual framework provided by the Technological Pedagogical Content Knowledge (TPCK) Framework by Mishra and Koehler. Research has been carried out in the context of innovative pedagogical methodologies such as critical analysis through case studies or the design of new strategies to foster active learning. We shall also present the contributions made to integrate Information and Communication Technologies (ICT) in this process and use them as indispensable tools for an efficient implementation to take place. Special emphasis will be laid on evaluation processes, specifically on competencies assessment as a primordial mechanism to guarantee the achievement of learning by presenting new assessment models, and on how, from the gathered information, the students’ knowledge can be gauged so as to improve their learning processes.

En la present Tesis Doctoral es descriuen els diferents tractaments d'aigua i es centra en els tractaments avançats per membranes d'osmosis. S'han creat mètodes analítics per quantificar diferents microcontaminants en mostres mediambientals aquoses i s'ha evaluat les membranes d'òsmosi inversa per a la seva eliminació. També s'estudia l'embrutament orgànic de les membranes. / En la presente Tesis Doctoral, se han estudiado los diferentes tratamientos del agua, poniendo énfasis a los tratamientos avanzados con membranas de ósmosis inversa. Se han desarrollado métodos analíticos apra la determinación de diferentes microcontaminantes orgánicos en aguas medioambientales, así como también el estudio de la eficiencia de las membranas de ósmosis inversa para la eliminación de estos contaminantes. Así mismo, se ha estudiado el ensuciamiento orgánico de las membranas caracterizando los compuestos presentes enn su superficie y correlacionandolos con el agua de alimentación de las membranas. / The first section, some water problems are described, as well as the different water treatments, quality parameters and regulations. The second section, a description of advance membrane treatments is included and reverse osmosis is studied to eliminate micropollutants from the water. The third section, the most common families of organic micropollutants studied in environmental waters are described. Some of these families are currently regulated. In addition, the analytical methodologies for these compounds determination are also described. Finally, the characterization of the organic fouling in reverse osmosis membranes and how it could interfere in the water treatment process by the advance treatments is described.

La motivació d'aquesta tesi és entendre com pot ser gestionada la integració de coneixement en projectes de subcontractació estratègica de disseny de producte. Una participació activa de l'empresa durant la realització de les tasques de disseny (definició de paràmetres de disseny i definició de regles de disseny) li permet créixer en coneixement, però ha de minimitzar els problemes de fugida de coneixement i dependència de proveïdors. El model proposat parteix de caracteritzar les tasques de disseny en funció la complexitat del coneixement i les interdependències de les tasques inter-organitzacionals, s'analitza l'adequació i factibilitat d'ús dels mecanismes d'integració de coneixement i mecanismes de control en la subcontractació de disseny de producte. Trobant que, pel que fa a la definició de les regles de disseny dinàmiques, l'anàlisi suggereix que la tasca estaria caracteritzada per una complexitat dinàmica. On la realització en forma conjunta entre l'empresa i el subcontractat estaria caracteritzada per una acció col · lectiva intensiva i una transacció recíproca. Per això, el mecanisme d'integració de coneixement utilitzat tendiria a ser el grup de resolució de problemes i presa de decisions, i els mecanismes de control tendirien a estar orientats a les competències, valors, creences i límits. En canvi, per a la definició dels paràmetres de disseny, l'anàlisi suggereix la tasca estaria caracteritzada per una complexitat estàtica. On la realització en forma conjunta entre l'empresa i el subcontractat estaria caracteritzada per una acció col·lectiva compartida i una transacció seqüencial. Per això, els mecanismes d'integració de coneixement utilitzats tendirien a ser la seqüenciació d'activitats, les regles de disseny estàtiques i la comunicació i procediments. Els mecanismes de control tendirien a estar orientats al comportament, al resultat i límits. Per dur a terme la integració de coneixement entre els dissenyadors i l'arquitecte de producte, el mecanisme d'integració de coneixement utilitzat entre aquests equips tendiria a ser grup de resolució de problemes i presa de decisions. I el control tendiria a realitzar-se per mitjà de sistemes interactius de control. L'evidència recollida, a través d'un estudi de cas en dues col·laboracions universitat-empresa, ha confirmat el model proposat. / The motivation of this thesis is to understand how it can be managed the integration of knowledge in strategic outsourcing projects product design. Active participation of the company during the tasks of design (definition of design parameters and design rules definition) allows you to grow in knowledge, however should minimize leakage problems of knowledge and dependence on suppliers. The proposed model to characterize the design tasks based on knowledge complexity and interdependencies of inter-organizational tasks, we analyse the suitability and feasibility of use of knowledge integration mechanisms and control mechanisms on outsourcing design product. Finding that, with respect to the definition of dynamic design rules, the analysis suggests that the task would be characterized by a dynamic complexity. The joint implementation between the company and the subcontractor would be characterized by intensive collective action and mutual transaction. For this, the mechanism of integration of knowledge used tend to be the group problem solving and decision making, and control mechanisms tend to be oriented to the skills, values, beliefs and boundaries. Instead, to define the design parameters, the analysis suggests the task would be characterized by a static complexity. The joint implementation between the company and the subcontractor would be characterized by pooled collective action and a transaction sequence. For this, knowledge integration mechanisms utilized tend to be the sequencing of activities, static design rules and procedures and communication. The control mechanisms tend to be oriented to the behaviour, the outcome and limits. To carry out the integration of knowledge between designers and product architect, the knowledge integration mechanism used between these teams tend to be group problem solving and decision making. And controls tend to be by means of interactive control systems. The evidence gathered through a case study of two university-industry collaborations, has confirmed the proposed model. / La motivación de esta tesis es entender cómo puede ser gestionada la integración de conocimiento en proyectos de subcontratación estratégica de diseño de producto. Una participación activa de la empresa durante la realización de las tareas de diseño (definición de parámetros de diseño y definición de reglas de diseño) le permite crecer en conocimiento, no obstante debe minimizar los problemas de fuga de conocimiento y dependencia de proveedores. El modelo propuesto parte de caracterizar las tareas de diseño en función la complejidad del conocimiento y las interdependencias de las tareas inter-organizacionales, se analiza la adecuación y factibilidad de uso de los mecanismos de integración de conocimiento y mecanismos de control en la subcontratación de diseño de producto. Encontrando que, con respecto a la definición de las reglas de diseño dinámicas, el análisis sugiere que la tarea estaría caracterizada por una complejidad dinámica. Donde la realización en forma conjunta entre la empresa y el subcontratado estaría caracterizada por una acción colectiva intensiva y una transacción recíproca. Para esto, el mecanismo de integración de conocimiento utilizado tendería a ser el grupo de resolución de problemas y toma de decisiones, y los mecanismos de control tenderían a estar orientados a las competencias, valores, creencias y límites. En cambio, para la definición de los parámetros de diseño, el análisis sugiere la tarea estaría caracterizada por una complejidad estática. Donde la realización en forma conjunta entre la empresa y el subcontratado estaría caracterizada por una acción colectiva compartida y una transacción secuencial. Para esto, los mecanismos de integración de conocimiento utilizados tenderían a ser la secuenciación de actividades, las reglas de diseño estáticas y la comunicación y procedimientos. Los mecanismos de control tenderían a estar orientados al comportamiento, al resultado y límites. Para llevar a cabo la integración de conocimiento entre los diseñadores y el arquitecto de producto, el mecanismo de integración de conocimiento utilizado entre dichos equipos tendería a ser grupo de resolución de problemas y toma de decisiones. Y el control tendería a realizarse por medio de sistemas interactivos de control. La evidencia recogida, a través de un estudio de caso en dos colaboraciones universidad-empresa, ha confirmado el modelo propuesto.

La tesis doctoral es el resultado del trabajo realizado en dos líneas de investigación complementarias, con el objetivo de lograr mejoras en la gestión colaborativa de los procesos de diseño y desarrollo de nuevos productos cerámicos. Para ello, desarrolla una propuesta metodológica que enfatiza la colaboración entre los participantes en la cadena de diseño, aprovechando el soporte de las nuevas tecnologías de información, e integra en el proceso aspectos de diseño semántico y emocional, considerando así al cliente como un nuevo agente de colaboración en el desarrollo de producto. La propuesta se concreta en un modelo conceptual de un sistema de diseño colaborativo y un modelo de actividades para un sistema de diseño cerámico, que considera mecanismos para la gestión y la colaboración (en especial, funcionalidades PLM). El enriquecimiento de estos modelos se logra mediante un enfoque hacia el diseño para las impresiones subjetivas, a través de un nuevo modelo conceptual y la extensión del modelo de actividades. Los resultados muestran que el establecimiento de modelos de referencia cerámicos centrados en la colaboración y la aplicación de mecanismos colaborativos ayudan a estructurar las relaciones entre los agentes implicados, fortaleciendo la integración funcional y mejorando la gestión de la información. La cooperación entre clientes seleccionados y los agentes adecuados permitirá conocer qué significados y emociones influyen en mayor medida en las preferencias para cada tipo de producto y mercado objetivo.

Al mercat globalitzat d’avui en dia la falta de coneixement sobre la distribució dels impactes entre els estats dificulta el disseny de polítiques efectives per la reducció, a escala global, de la degradació ambiental. L'objectiu d’aquesta tesi consisteix en la combinació de models macroeconòmics amb l’optimització multi-objectiu per facilitar la quantificació de càrregues ambientals, la distribució equitativa de responsabilitats i el disseny de polítiques públiques eficaces i sostenibles. Per aquest motiu aquí es proposen mètodes quantitatius basats en models input-output ampliats al medi ambient per estudiar la contribució de les nacions a les pressions ambientals globals, mitjançant l’estudi del cicle de vida dels productes que es consumeixen mundialment; les càrregues ambientals relacionades amb el comerç i l'equitat amb que es distribueixen els impactes. Els resultats poden ajudar a dissenyar polítiques eficaces per assegurar una justa assignació de responsabilitats. A més a més, aquesta tesi proposa un enfocament d'optimització multi-objectiu sistemàtic per minimitzar els impactes ambientals i, simultàniament, maximitzar la producció d’una economia. El model de programació lineal bi-criteri identifica els sectors clau que contribueixen significativament a l'impacte ambiental i que presenten una baixa producció econòmica. Els resultats mostren que amb les tecnologies existents i mitjançant un control adequat de la demanda dels sectors, els impactes ambientals es podrien reduir en major proporció que la producció econòmica. D’altra banda, aquesta tesi proposa un mètode basat en programació lineal per facilitar la presa de decisions en estudis ambientals de forma inversa. És a dir, donat un conjunt de solucions, aquest mètode obté els límits inferiors i superiors dels intervals dins dels quals els pesos de cada indicadors han de caure, de forma que l'alternativa seleccionada sigui òptima. D'aquesta manera, les persones encarregades de prendre decisions no estan obligades a proporcionar els pesos amb antelació, el que podria donar lloc a resultats esbiaixats. / En el mercado globalizado actual, la falta de conocimiento sobre cómo se distribuyen los impactos entre las naciones dificulta el diseño de políticas efectivas para la reducción, a escala global, de la degradación ambiental. El objetivo de esta tesis es combinar modelos macroeconómicos y optimización multiobjetivo para facilitar la cuantificación de cargas ambientales, la distribución equitativa de responsabilidades, y el diseño de políticas públicas eficaces que mejoren la sostenibilidad. Para ello, en esta tesis se proponen métodos cuantitativos basados en modelos input-output extendidos al medio ambiente para estudiar la contribución de las naciones a la presión ambiental global mediante el análisis del ciclo de vida de los productos que se consumen mundialmente, las cargas ambientales relacionadas con el comercio, y la equidad con que se distribuyen los impactos. Los hallazgos pueden ayudar a diseñar políticas eficaces para asegurar una asignación justa de responsabilidades. Además esta tesis propone un enfoque de optimización multiobjetivo sistemático para minimizar simultáneamente los impactos ambientales y maximizar la producción de una economía. El modelo de programación lineal bicriterio identifica los sectores clave que contribuyen significativamente al impacto y presentan una baja producción económica. Los resultados muestran que con las tecnologías existentes y controlando adecuadamente la demanda de ciertos sectores, los impactos ambientales podrían disminuir en mayor proporción que la producción económica. Además, esta tesis propone un método basado en programación lineal para facilitar la toma de decisiones ambientales mediante un análisis inverso. Es decir, dado un conjunto de soluciones, el método desarrollado busca los límites inferior y superior de los intervalos dentro de los cuales los pesos de cada indicador deben caer para que la alternativa seleccionada sea la óptima. De este modo, las personas encargadas de tomar decisiones no están obligadas a proporcionar los pesos de antemano, lo que podría conducir a resultados sesgados. / In today’s globalized market, the lack of knowledge about how the impacts distribute among nations hinders the design of effective policies for reducing the environmental degradation at a global scale. The aim of this thesis is to combine macroeconomic models with multi-objective optimization to facilitate the quantification of environmental loads, the fair allocation of responsibilities, and the design of effective public policies aiming at sustainability. To these end here we propose quantitative methods based on environmentally extended input-output models to study the contribution of nations to the global environmental pressures by examining the life cycle of products consumed worldwide; the trade-embodied environmental loads; and the equity with which impacts are distributed. Findings may help to design effective policies ensuring a fair allocation of responsibilities. This thesis also proposes a systematic multi-objective optimization approach for simultaneously minimizing the environmental impacts and maximizing the output of an economy. The bi-criteria linear programming model identifies key sectors with significant impact contribution and low output. Results show that, with the existing technologies, the environmental impacts could be lowered in higher proportion than the economic output by controlling adequately the demand of sectors. Moreover, this thesis proposes a method based on linear-programming to facilitate decision-making in environmental studies in an inverse manner. That is, given a set of solutions, this method finds the lower and upper limits of the intervals within which the weights to be attached to the indicators must fall, so that the selected alternative becomes optimal. Thereby, decision makers are not required to provide weights beforehand that could lead to biased results.

El sistema de fangs activats és el tractament biològic més àmpliament utilitzat arreu del món per la depuració d'aigües residuals. El seu funcionament depèn de la correcta operació tant del reactor biològic com del decantador secundari. Quan la fase de sedimentació no es realitza correctament, la biomassa no decantada s'escapa amb l'efluent causant un impacte sobre el medi receptor. Els problemes de separació de sòlids, són actualment una de les principals causes d'ineficiència en l'operació dels sistemes de fangs activats arreu del món. Inclouen: bulking filamentós, bulking viscós, escumes biològiques, creixement dispers, flòcul pin-point i desnitrificació incontrolada. L'origen dels problemes de separació generalment es troba en un desequilibri entre les principals comunitats de microorganismes implicades en la sedimentació de la biomassa: els bacteris formadors de flòcul i els bacteris filamentosos. Degut a aquest origen microbiològic, la seva identificació i control no és una tasca fàcil pels caps de planta. Els Sistemes de Suport a la Presa de Decisions basats en el coneixement (KBDSS) són un grup d'eines informàtiques caracteritzades per la seva capacitat de representar coneixement heurístic i tractar grans quantitats de dades. L'objectiu de la present tesi és el desenvolupament i validació d'un KBDSS específicament dissenyat per donar suport als caps de planta en el control dels problemes de separació de sòlids d'orígen microbiològic en els sistemes de fangs activats. Per aconseguir aquest objectiu principal, el KBDSS ha de presentar les següents característiques: (1) la implementació del sistema ha de ser viable i realista per garantir el seu correcte funcionament; (2) el raonament del sistema ha de ser dinàmic i evolutiu per adaptar-se a les necessitats del domini al qual es vol aplicar i (3) el raonament del sistema ha de ser intel·ligent.En primer lloc, a fi de garantir la viabilitat del sistema, s'ha realitzat un estudi a petita escala (Catalunya) que ha permès determinar tant les variables més utilitzades per a la diagnosi i monitorització dels problemes i els mètodes de control més viables, com la detecció de les principals limitacions que el sistema hauria de resoldre. Els resultats d'anteriors aplicacions han demostrat que la principal limitació en el desenvolupament de KBDSSs és l'estructura de la base de coneixement (KB), on es representa tot el coneixement adquirit sobre el domini, juntament amb els processos de raonament a seguir. En el nostre cas, tenint en compte la dinàmica del domini, aquestes limitacions es podrien veure incrementades si aquest disseny no fos òptim. En aquest sentit, s'ha proposat el Domino Model com a eina per dissenyar conceptualment el sistema.Finalment, segons el darrer objectiu referent al seguiment d'un raonament intel·ligent, l'ús d'un Sistema Expert (basat en coneixement expert) i l'ús d'un Sistema de Raonament Basat en Casos (basat en l'experiència) han estat integrats com els principals sistemes intel·ligents encarregats de dur a terme el raonament del KBDSS. Als capítols 5 i 6 respectivament, es presenten el desenvolupament del Sistema Expert dinàmic (ES) i del Sistema de Raonament Basat en Casos temporal, anomenat Sistema de Raonament Basat en Episodis (EBRS). A continuació, al capítol 7, es presenten detalls de la implementació del sistema global (KBDSS) en l'entorn G2. Seguidament, al capítol 8, es mostren els resultats obtinguts durant els 11 mesos de validació del sistema, on aspectes com la precisió, capacitat i utilitat del sistema han estat validats tant experimentalment (prèviament a la implementació) com a partir de la seva implementació real a l'EDAR de Girona. Finalment, al capítol 9 s'enumeren les principals conclusions derivades de la present tesi. / The activated sludge system is the most widely used technology for biological wastewater treatment in the world. Its successful performance relies on the correct operation of both the bioreactor and the secondary settler. When settleability deteriorates, the inefficient separation of biomass can affect the quality of the activated sludge effluent, implying on most occasions an impact on the receiving ecosystem. These kind of undesired situations, known as activated sludge solids separation problems, are one of the main causes of inefficiency in activated sludge systems. They include: filamentous bulking, non-filamentous bulking, biological foaming, dispersed growth, pin-point floc and rising sludge. The origin of solids separation problems is (except from rising sludge) an imbalance between the different microbiological communities responsible for the biomass settleability: the floc-forming bacteria and the filamentous bacteria. Due to this microbiological origin, their identification and control is a tough task for plant operators. Knowledge-Based Decision Support Systems (KBDSS) are a group of tools from the Artificial Intelligence domain characterized by their capability to represent heuristic knowledge and to work with large amounts of data. The main objective of the present thesis is to develop and validate a KBDSS specially designed to support plant operators to handle solids separation problems of microbiological origin occurring in activated sludge systems. In order to achieve this objective, the developed KBDSS must accomplish with the following characteristics: (1) the implementation of the system must be viable and realistic in order to ensure its proper operation; (2) the reasoning process followed by the system must be dynamic and evolutive in order to match the necessities of the domain and (3) the reasoning must be also intelligent,.First of all, in order to guarantee the feasibility of the system, a thorough study, at a local scale (Catalonia) has contributed to the determination of the most common parameters generally used to diagnose, monitor and control these problems as well as to the detection of the existing limitations that the suggested KBDSS should overcome. The results obtained from past applications of KBDSS has demonstrated that the main bottleneck in developing KBDSS is the structure of the knowledge base (KB), where all the knowledge acquired from the domain is represented, together with the necessary reasoning processes. In our approach, the additional complexity and the corresponding necessities imposed by the dynamic nature of the domain exacerbate the limitations in developing a feasible system. In this case, a previous conceptualisation phase was considered in which a conceptual design of the system was set up. The Domino Model was suggested as a tool to conceptually design the system. Finally, in order to efficiently fulfill its main tasks, the last main objective or characteristic that the KBDSS must accomplish is the use of intelligent reasoning. In our approach, an Expert system (based on expert knowledge) and a Case-Based Reasoning System (based on experiential knowledge) have been and integrated as the main intelligent tools to carry out the goals of the KBDSS. In chapter 5 the development of the dynamic ES is presented. In chapter 6, a new temporal approach for classical CBRS is depicted, the Episode-Based Reasoning System (EBRS). Next, in chapter 7 some details of the KBDSS implementation in the G2 environment are presented. After that, in chapter 8 the results obtained during the 11 months of validation are depicted, including the results regarding the accuracy, adequacy, usefulness and usability of the system, which have been validated both experimentally (before the implementation) and as a result of the system's implementation in the Girona WWTP. Finally, in chapter 9, the main conclusions derived from the present thesis are enumerated.

Avui en dia, dur a terme estudis ambientals requereix una gran quantitat de dades i de temps, la qual cosa dificulta l’adopció dels principis de sostenibilitat en el disseny dels productes. A més, ha augmentat l’externalització dels impactes ambientals, el que afavoreix el desplaçament de les tasques de fabricació cap a països amb regulacions ambientals menys severes. Per tant, el desenvolupament de polítiques ambientals senzilles i eficaces s'ha convertit en un repte. L'objectiu d'aquesta tesi és desenvolupar un conjunt de mètodes sistemàtics per a l'avaluació i optimització de mètriques ambientals des d'una perspectiva sostenible tant a escala macroeconòmica com a escala industrial. Amb aquest fi, en primer lloc realitzem una anàlisi estadística multivariable utilitzant dades ambientals amb l’objectiut d'avaluar la relació entre les diferents mètriques ambientals i per identificar patrons d'impacte ambiental de països. Això ens permet identificar les mètriques ambientals més representatives que reduiran la quantitat de dades necessària per a l'elaboració d'estudis ambientals. A més, hem desenvolupat un model d'optimització multiobjetiu per identificar quins sectors d'una economia han de regular-se en primer lloc per reduir l'impacte mediambiental a nivell global provocant els mínims canvis possibles en aquesta economia. L'ús combinat d'aquestes eines aclareix com es generen els impactes ambientals i com dissenyar polítiques ambientals senzilles i eficaces tant a escala industrial com global. / Hoy en día, realizar estudios ambientales requiere una gran cantidad de datos y de tiempo, lo que dificulta la adopción de los principios de sostenibilidad en el diseño de productos. Además, hay un aumento en la externalización de impactos ambientales que favorece el traslado de la fabricación a países con regulaciones ambientales menos severas. Por lo tanto, el desarrollo de políticas ambientales sencillas y eficaces se ha convertido en un reto. El objetivo de esta tesis es desarrollar un conjunto de métodos sistemáticos para la evaluación y optimización de métricas ambientales desde una perspectiva sostenible tanto a escala macroeconómica como a escala industrial. Para ello, en primer lugar realizamos un análisis estadístico multivariante utilizando datos ambientales con el fin de evaluar la relación entre las diferentes métricas ambientales y para identificar patrones de impacto ambiental de países. Esto nos permite identificar las métricas ambientales más representativas que reducirán la cantidad de datos necesaria para la elaboración de estudios ambientales. Además, hemos desarrollado un modelo de optimización multiobjetivo para identificar que sectores de una economía deben regularse en primer lugar con el fin de reducir el impacto medioambiental a nivel global provocando los mínimos cambios posibles en dicha economía. El uso combinado de estas herramientas clarifica cómo se generan los impactos ambientales y cómo diseñar políticas ambientales sencillas y eficaces tanto a escala industrial como global. / Nowadays, conducting environmental studies has become data intensive and time consuming which hinders the widespread adoption of sustainability principles in the design of products. In addition, there is an increase in externalization of environmental impacts which favors the displacement of manufacturing tasks to countries with softer environmental regulations. Therefore, the development of simple and effective environmental policies has become a challenging task. The aim of this thesis is to develop a set of systematic methods for assessing and optimizing environmental metrics from a sustainable perspective at both, the macroeconomic and engineering scales. To this end, we first conduct a multivariate statistical analysis using environmental data in order to assess relationships between environmental metrics and to identify environmental impact patterns of countries. This allows us to identify proxy environmental metrics which will reduce the amount of data required for the implementation of environmental studies. Moreover, we develop a multi-objective optimization model to identify which economic sectors must be regulated first in order to reduce the environmental impact at a global scale with minimum changes in an economy. The combined use of these tools sheds light on how the environmental impacts are generated and how to design environmental policies in a simple and effective way at engineering and global scales.

A pesar de las ventajas que ofrecen los sistemas de refrigeración por absorción, su utilización está muy por debajo de su potencial técnico y económico. El fluido de trabajo convencional H2O/LiBr presenta serios problemas de corrosión y descomposición térmica a temperaturas mayores de 150ºC. Por este motivo, se propone el desarrollo de absorbentes que no sean corrosivos, sean estables térmicamente y permitan aprovechar al máximo el nivel de temperatura de fuentes de calor de alta temperatura. El objetivo de este trabajo es estudiar la solución acuosa de: LiNO3+KNO3+NaNO3 con composición másica porcentual de sales 53, 28 y 19 respectivamente, llamada “Alkitratos”, como fluido de trabajo en enfriadoras de absorción, que utilicen H2O como refrigerante, en configuraciones de triple-efecto capaces de operar a temperaturas de hasta 260ºC. En una primera etapa, se ha realizado la determinación experimental, estimación y modelización de las propiedades termofísicas de varias soluciones acuosas de nitratos y nitritos alcalinos con el fin de crear una base de datos de las propiedades termofísicas. Posteriormente, se ha realizado la simulación de la configuración del ciclo denominada “Ciclo con etapa de alta temperatura con Alkitratos” usando el programa de simulación ABSIM (Advanced Modular Simulation of Absorption Systems). Este ciclo muestra una eficiencia ligeramente superior en comparación con el ciclo de triple-efecto con H2O/LiBr a temperaturas del generador mayores de 180ºC, sin los problemas de inestabilidad térmica y corrosión que se presentan en el ciclo con H2O/LiBr por encima de 150ºC. Posteriormente, se ha diseñado y construido un dispositivo experimental para el estudio del proceso de absorción de los Alkitratos en un absorbedor de película descendente sobre tubos horizontales en las condiciones de operación de un ciclo de refrigeración por absorción con accionamiento a alta temperatura. Se ha llevado a cabo un estudio de sensibilidad de las variables de operación y se han evaluado una serie de parámetros de eficiencia del absorbedor. A las condiciones de operación establecidas en las pruebas experimentales, los valores obtenidos del flujo de vapor absorbido se encuentran en el rango de 2.83-6.55 g.m-2.s-1, el coeficiente de transferencia de calor de la película descendente varía entre 631.9 y 1715.8 W.m-2.ºC-1, mientras que el coeficiente de transferencia de masa se encuentra en el rango de (2.1-6.0)x10-5 m.s-1. A partir de la base de datos experimentales obtenida se ha desarrollado un modelo de redes neuronales artificiales (RNA) para la determinación de los parámetros de eficiencia del absorbedor. Los resultados mostraron un buen ajuste entre los datos experimentales y calculados, lo cual indica que el modelo RNA es efectivo para determinar los parámetros de eficiencia del absorbedor. Por último, se ha desarrollado un modelo físico del absorbedor de tubos horizontales de película descendente que utiliza los Alkitratos como fluido de trabajo, que acopla los procesos de transferencia de calor y de masa, y además integra tres regímenes de flujo (formación de gota, caída de gota y película descendente) y predice el desempeño del absorbedor en diferentes condiciones de operación. / Despite its huge potential for energy savings and low environmental impact, the use of absorption refrigeration systems is well below its technical and economic potential. The conventional working fluid H2O/LiBr has serious problems regarding corrosion and thermal decomposition at temperatures above 150°C. For this reason, we propose the development of absorbents suitable to triple-effect absorption refrigeration cycles. These absorbents should be non-corrosive, thermally stable, and allow taking advantage of the thermal potential of high temperature heat sources. The objective of this work is to study the solutions of alkaline nitrates, LiNO3+KNO3+NaNO3 with a percentage mass composition in salts of 53, 28 and 19%, respectively, called “Alkitrate”, as a new working fluid for absorption chillers using water as refrigerant in triple-effect configurations that can operate up to temperatures of about 260°C. In a first stage, experimental measurement, estimation and modelling of the thermophysical properties of aqueous alkaline nitrate and nitrite solutions were carried out in order to create an experimental database of thermophysical properties. Subsequently, the absorption cycle configuration called "Alkitrate topping cycle" was simulated using the ABSIM (Advanced Modular Simulation of Absorption Systems) program. The Alkitrate topping cycle showed a slightly higher efficiency as compared to the LiBr/H2O triple-effect cycle at generator temperatures above 180ºC, without the problems related to thermal stability and corrosion of H2O/LiBr at temperatures higher than 150ºC. Subsequently, an experimental set-up was designed and built-up to study the absorption process with Alkitrate as working pair in a horizontal falling film absorber at operating conditions of interest for absorption refrigeration cycles driven by high temperature heat sources. Then, a sensitivity study was conducted and the trends of absorber efficiency parameters were evaluated. At the operating conditions used in the experiments, the values achieved for the absorption mass flux were in the range 2.83-6.55 g.m- 2.s-1, the solution-side heat transfer coefficient ranged from 631.9 to 1715.8 W.m-2.ºC-1, while the mass transfer coefficient was in the range (2.1-6.0)x10-5 m.s-1. Based on the experimental data base achieved from the experimental set-up, a model that uses artificial neural networks (ANN) for predicting the absorber efficiency parameters in a horizontal falling film absorber was developed. The results showed a good agreement between experimental and calculated data, indicating that the use of ANN is an effective technique for predicting the absorber efficiency parameters. Finally, a physical model of a horizontal tubes falling film absorber with Alkitrate, involving coupled heat and mass transfer processes was developed. The mathematical model integrates three solution flow regimes (drop formation, droplet fall, and falling film) and predicts the absorber performance at different operating conditions.

Se ha realizado un estudio comparativo del funcionamiento de una planta de biodiscos (RBC) convencional y de otra planta RBC con alternancia en el sentido del flujo, analizando la cinética de crecimiento de la biopelícula, la eliminación de la materia orgánica y del nitrógeno y la incidencia de la alternancia sobre las variables de control de la planta. Se diseñaron dos plantas de iguales características con dos etapas cada una, que funcionaron con agua residual sintética y con tiempo de retención hidráulico de 90 minutos. Se estableció un plan experimental con cargas orgánicas afluentes de 11, 66, 23, 32 y 34,98 gDQO/m2.d y periodos de alternancia de 24, 12, y 6 horas. La primera etapa de la planta convencional mostró en todo momento mayores espesores de biopelícula, alcanzando con altas cargas (34,98 gDQO/m2.d), 6mm, que colmataron los espacios entre discos, mientras en la planta con alternancia en el sentido del flujo no se alcanzaron nunca espesores mayores de 3,8 mm. El oxígeno disuelto fue siempre mayor en la planta con alternancia. Concluyendo que con esta planta, funcionando ambas plantas con igual carga orgánica afluente, podremos tratar aguas con cargas más elevadas, ejerciéndose menores cargas estructurales y alcanzando una mayor igualdad en la estandarización de las características de los ejes de discos. El análisis de la DQO y del COT muestra que no hay significativamente diferencia en su reducción , excepto en algunos casos con cargas medias (23,32 gDQ0/m2.d) y altas (34,98 gDQO/m2.d) y largos períodos de alternancia (24 horas), en las que en la planta con alternancia se produce una mayor reducción. La eliminación de nitrógeno no fue significativamente diferente con cargas altas, encontrándose diferencia con cargas medias y bajas cargas y largos períodos de alternancia; encontrando mejores resultados con cargas bajas en la planta con alternancia y con cargas medias en la planta convencional.

Durante la última década se han desarrollado cuantiosos trabajos de investigación en torno a las estructuras de obra de fábrica, en su mayoría enfocadas al análisis del comportamiento y al desarrollo de técnicas y procesos de intervención para la restitución o incremento de las propiedades resistentes de las mismas. En el ámbito específico de la optimización e innovación de tratamientos para la reparación de paredes, se ha incidido en la implementación de resinas epoxi y cementos mejorados. Los estudios dirigidos a incrementar las propiedades resistentes de las paredes se han volcado hacia la utilización de materiales compuestos FRP.Esta investigación está especialmente motivada por la vulnerabilidad de los elementos estructurales de obra de fábrica ante las acciones horizontales y las tensiones de tracción y cortante que éstas provocan. Las estructuras se ven afectadas por la alteración de las condiciones de tensión a las que están sujetas, ya sea por los esfuerzos de flexión y cortante ocasionados por actividad sísmica o viento, o por incidencias de vibración. También es un factor de riesgo el decremento de las propiedades resistentes ocasionado por contaminantes atmosféricos o agentes biológicos. Este es un estudio de tipo experimental, enfocado al análisis de la respuesta mecánica y resistente de las paredes de obra de fábrica sujetas a tensiones de cortante bajo condiciones de carga uniaxial o biaxial. Se investiga la eficiencia de la reparación por medio de inyección de resina líquida epoxi y por rejuntado con morteros epoxico o cementicio, o refuerzos utilizando compuestos CFRP, GFRP y AFRP y aplicaciones de placas de madera micro laminada o embaldosado cerámico. El trabajo se fundamenta en cuatro campañas experimentales en las que se han llevado a cabo ensayos utilizando paneles y probetas de obra de fábrica de ladrillo macizo. Se establecen modelos de comportamiento a partir del análisis de los resultados obtenidos en las campañas experimentales. A través de los parámetros observados se ha analiza cualitativamente la influencia en la resistencia y rigidez de los tratamientos de reparación y refuerzo. Se determinan las curvas de comportamiento de las muestras en términos de tensión-deformación de las envolventes de rotura. Estos estudios se realizan tanto para carga monotónica creciente como para carga cíclica. Por último se lleva a cabo un análisis comparativo de la eficacia de los diferentes tratamientos de reparación y refuerzo estudiados. / During the last decade, a significant effort research has been addressed to the study of the mechanical response and strength techniques for masonry estructures. Most of these studies are focused on the development of techniques for the mechanical behaviour of improvement. Particularly, the use of epoxi resin and special cements has been explored. The uses of fibre Reinforced Polymers (FRP) have also been widely studied with the objective of improving the mechanical properties and the strength of the wall.There are many factors that impulse all this developments. The high vulnerability of masonry structural members in tension and shear generates an increment of the risk of structural problems and unestability. The improvement response of masonry subjected to stresses due to changes in use, earthquakes, wind, induced vibration or reduction of the resistance due to biological or atmospheric aggression, are some of the needs that new materials and reinforcements must fulfil.This experimental study is focused on the analysis of the mechanical response of masonry walls, under simultaneous shear forces and in plane uniaxial and biaxial load conditions. The specimens are retrofitted with liquid epoxy resin injection or special mortars, and reinforcing with CFRP, GFRP and AFRP overlays, or wood plates and thin bricks external applications. Four experimental programs were carried out on small walls and solid brick masonry specimens.After the analysis of the experimental results, behaviour models are established. A qualitative evaluation of the effectiveness of different reinforcing and retrofitting procedures is also carried out. Additionally, an experimental failure criteria for these studies are carried out for both monothonic and cyclic loading. In order to measure the effectiveness, a comparative analysis referring to the different treatments studied is finally carried out.