For the manufacture of gypsum powder applied and checked on its setting, using multiple components. One of the intrinsic components of construction gypsum is the anhydrite, completely dehydrated gypsum, working as inert part. Bayesian networks are one of the tools of industrial management. One of its most important properties is its capacity to self-learning. This research work builds on the improvement of anhydrite calcination process using a rotary kiln direct cooking. The work provide an update as new systems currently used for the manufacture of anhydrite, since in addition to improving process control via control loops more efficient and self-managed, and improvements in levels MES and SCADA provide artificial intelligence elements by applying the above Bayesian networks. / En la fabricación de yeso en polvo, aplicable y controlable en su endurecimiento, se utilizan varios componentes. Uno de los componentes intrínseco del yeso para construcción es la anhidrita o yeso totalmente deshidratado que trabaja como parte inerte. Las redes bayesianas, como sistema experto, son una herramienta de gestión industrial. Una de sus propiedades más importantes es su capacidad de autoaprendizaje. Esta investigación se basará en la mejora del proceso de calcinación de anhidrita usando un horno rotativo de cocción directa. El trabajo aportará como novedad una actualización de los sistemas usados actualmente para la fabricación de anhidrita, ya que aparte de mejorar el control del proceso mediante lazos de control más eficientes y autogestionados, así como la introducción de mejoras en los niveles MES y Scada, aportará una modelización del proceso con elementos de inteligencia artificial mediante la aplicación de dichas redes bayesianas.

El objetivo del presente trabajo es el de optimizar las propiedades de la aleación Ti-0.2Pd con la finalidad de que sea una alternativa a las aleaciones de titanio empleadas actualmente en el campo de los biomateriales. Para ello, se han realizado tratamientos térmicos con el propósito de mejorar sus propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, y tratamientos superficiales para incrementar su resistencia al desgaste.En primer lugar se ha realizado la caracterización microestructural (R.X., microscopía óptica, SEM y TEM) de la aleación Ti-0,2Pd, la cual experimenta una transformación de fase alfa (h.c.) beta (c.c.) que se produce en un intervalo de temperaturas entre 750 y 900 ºC (alfa-transus). En función de la temperatura, varían tanto la forma de nucleación de la fase alfa como la cinética del proceso de transformación. Al someter el material a un tratamiento de temple, la fase presenta una transformación martensítica. El porcentaje de fase martensítica (alfa') aumenta con la temperatura del tratamiento, lo cual comporta un aumento de las propiedades mecánicas de la aleación.Por otra parte, se han realizado estudios potenciodinámicos, comprobando como la adición de Paladio facilita el proceso de pasivación respecto al Titanio sin alear, observándose además, que el tratamiento térmico de temple favorece dicho proceso. En las muestras con una estructura bifásica alfa + alfa' la fase martensítica reacciona de forma preferente durante el ataque químico. La aleación Ti-0,2Pd presenta una notable resistencia al proceso de ataque por picaduras en soluciones de cloruros, no existiendo diferencias significativas entre las muestras sometidas a diferentes tratamientos térmicos.Para mejorar la resistencia al desgaste del material se han realizado tratamientos de nitruración gaseosa a diferentes temperaturas y tiempos; el nitrógeno endurece la superficie de la aleación Ti-0,2Pd debido a la formación de los correspondientes nitruros de titanio y por un endurecimiento por solución sólida. Este incremento de las características mecánicas superficiales se traduce en una disminución del valor del coeficiente de fricción, determinado mediante ensayos de Pin on disc, que comportará una mejora de la resistencia al desgaste del material. Por otra parte, mediante un proceso de deposición en fase vapor, se han obtenido recubrimientos de TiN y (Ti,Al)N, los cuales muestran unas propiedades mecánicas superficiales netamente superiores en comparación con la aleación Ti-0,2Pd y menores valores del coeficiente de fricción. Ahora bien, la adherencia de estas capas no es buena, lo cual comporta el repentino desprendimiento del recubrimiento provocando un proceso de desgaste más rápido de lo esperado. La deposición de los recubrimientos de TiN y (Ti,Al)N sobre un sustrato de la aleación Ti-0,2Pd previamente endurecido por nitruración gaseosa permite mejorar la adherencia de dichos recubrimientos.A partir de los resultados obtenidos en este trabajo, puede proponerse la aleación Ti-0,2Pd tratada térmicamente, como una alternativa al Titanio c.p. en el campo de los biomateriales debido a su mejor comportamiento tanto mecánico como químico. Así, puede ser de interés su aplicación en el campo de los implantes dentales y equipamiento odontológico, en el cuales las condiciones medioambientales son altamente agresivas.En aquellas aplicaciones en que se está empleando la aleación Ti-6Al-4V, tendrá que evaluarse si las propiedades mecánicas que presenta la aleación Ti-0,2Pd son suficientes para garantizar su buen comportamiento en servicio, valorando también que su mejor resistencia a la corrosión supone una mayor estabilidad durante largos periodos de tiempo. Se ha de tener en cuenta que en los últimos años se ha desencadenado una cierta controversia sobre la biocompatibilidad del aluminio y el vanadio presentes en dicha aleación.

Aquesta tesi proporciona un marc per l'anàlisi dels experiments d'indentació. En primer lloc, s'estén el concepte dels règims de deformació al contacte a materials metàl·lics que presenten efectes d'enduriment per deformació. El principal resultat d'aquests estudis es el desenvolupament d'un mapa de modes de deformació en indentació que permet predir el règim de deformació actiu per donada una combinació de propietats mecàniques del material indentat. El mapa està construït a base de simulacions per elements finits en un gran nombre de sòlids, fonamentant-nos en les característiques del flux plàstic i la forma de la zona plàstica que presenten diferents metalls deformats segons un mode elasto-plàstic o un de completament plàstic. S'han obtingut dues correlacions generals entre els valors de duresa i la magnitud d'apilament o enfonsament que s'ha desenvolupat al voltant de l'empremta d'indentació, i les propietats mecàniques uniaxials. Aquestes correlacions són el centre d'una nova metodologia per extreure les propietats mecàniques a partir de mesures directes de la topografia de l'empremta i la corba de càrrega (P) - profunditat de penetració (hs) d'un assaig d'indentació instrumentada. A la part final de la tesi es presenta un marc general per a l'anàlisi de la influencia de la fricció que existeix entre material i indentador. Aquest coneixement ens permetrà estendre la metodologia a contactes amb fricció. Finalment, s'analitza detalladament l'analogia entre els experiments d'indentació i el problema de l'expansió d'una cavitat esfèrica. Primer es solucionen les equacions del problema de l'inflat d'una cavitat esfèrica en un sòlid que presenta enduriment per deformació. Les simulacions per elements finits permeten elaborar una analogia entre els paràmetres que regeixen el contacte i els de l'expansió de la cavitat esfèrica. Un dels resultats més immediats és el desenvolupament d'una nova formulació que permet avaluar la mida de la zona plàstica en experiments d'indentació punxeguda en materials metàl·lics. / This thesis provides a sound physical rationale to the analysis of indentation experiments. First, it extends the concept of the contact deformation regimes to metallic materials exhibiting strain hardening effects. The main outcome along these lines is the development of a contact deformation map, which predicts the active contact regime for a given combination of mechanical properties of the indented material. The map is based upon extensive finite element simulations elucidating the fundamental features of the plastic flow patterns and plastic zone shape in metals deforming within the elasto-plastic and the fully plastic contact regimes. General relations are then found between hardness and the amount of material pileup and sinking-in developing at the contact boundary with uniaxial mechanical properties. These relations are central in devising a novel methodology for mechanical property extraction based on direct assessments of the imprint's topography and instrumented indentation applied load (P) penetration depth (hs) curves. The final part of the thesis presents a general framework to the analysis of frictional effects between indenter and material. This knowledge allows one to extend the aforementioned methodology in dealing with frictional contacts. Finally, a detailed analysis is made on the analogy between indentation experiments and the problem of the expansion of a spherical cavity. Closed-form solutions for the expansion of the cavity in strain hardening solids are first derived. The finite element simulations provide a strict parametrical analogy between contact variables and those from expanding cavity formulations. The main outcome of this analysis is the development of new formulations which evaluate the plastic zone size in sharp indentation experiments of strain hardening metallic materials.

El éxito clínico de los implantes dentales, fabricados en titanio comercialmente puro (Ti c.p.), está basado en la consecución de la osteointegración, es decir, la conexión directa estructural y funcional entre el hueso vivo, ordenado, y la superficie del implante. La mejora de la osteointegración a corto y largo plazo es función de múltiples factores, de entre los cuales, la calidad superficial del implante (fisicoquímica y topográfica) es de gran importancia. De hecho, todas las interacciones biológicas y mecánicas que se dan entre el implante y los tejidos circundantes son a través de la interfaz creada entre dichos tejidos y la superficie del material implantado.En este trabajo se estudian y desarrollan distintos tratamientos aplicados sobre la superficie de los implantes dentales con el objetivo final de obtener implantes con una mejor osteointegración, tanto a corto como a largo plazo. En la primera parte se obtienen superficies rugosas por medio del tratamiento del granallado.La rugosidad de las superficies de Ti c.p. granalladas depende no sólo del tamaño de las partículas abrasivas de proyección empleadas (125 - 300 m; 425 - 600 m; 1000 - 1400 m), sino también de su naturaleza química (Al2O3, SiC, TiO2 y ZrO2) y su forma. Esta rugosidad se debe cuantificar con, al menos, dos parámetros, uno de altura (Ra) y otro de espaciado (Pc). Además, cualquiera que sea la naturaleza química de las partículas empleadas, quedan restos de las mismas sobre las superficies tratadas. Con estas premisas, las propiedades de la superficie del Ti c.p. granallado se han podido optimizar, ya que la respuesta de adhesión y diferenciación de los osteoblastos está influenciada por la rugosidad y la naturaleza de las partículas de proyección. Además, aunque el aumento de rugosidad y las tensiones residuales que se inducen con el granallado influyen sobre el comportamiento electroquímico del material, éste es adecuado con respecto a su resistencia a la corrosión, de acuerdo a su posible utilización como material para la fabricación de implantes dentales.En la segunda parte se obtienen superficies rugosas y bioactivas por medio de un tratamiento en dos pasos: en primer lugar se granalla el implante (con las condiciones óptimas determinadas en la primera parte); y después se aplica un tratamiento termoquímico. El tratamiento termoquímico consiste en atacar el metal con NaOH y obtener en su superficie un gel hidratado de titanato de sodio. Este gel se deshidrata y densifica con un tratamiento térmico a 600 oC. En estas condiciones, el Ti c.p. es bioactivo.Las superficies de Ti c.p. granalladas con Al2O3 y tratadas termoquímicamente, demuestran su potencial bioactividad porque hacen crecer por vía química in vitro, sobre su superficie, una capa de apatita; y la confirman, al crecer también in vivo. Sin embargo, la presencia de los restos de partículas de SiC sobre la superficie del metal inhibe su bioactividad. Estas superficies rugosas y bioactivas se estudian de forma comparativa, in vitro e in vivo, con otras no rugosas y/o bioinertes. La respuesta de diferenciación de los osteoblastos y la osteointegración a corto y medio plazo se ven favorecidas por la combinación sinérgica de la rugosidad y la bioatividad del metal. Como consecuencia, los implantes rugosos y bioactivos son candidatos preferenciales para ser utilizados en los procedimientos clínicos de carga inmediata.

DE LA TESISEs una contribución al desarrollo de un nuevo método de purificación de gas de síntesis en plantas IGCC, que posibilita un incremento de la eficiencia energética de las plantas de obtención de energía, a partir de combustible fósil, y con ello reducir la emisión de gas de efecto invernadero a la atmósfera. Se estudia un proceso nuevo por absorción regenerativa en óxidos metálicos, capaz de eliminar los contaminantes del gas a alta temperatura, aprovechando con ello el contenido energético asociado al intervalo térmico, que los procesos actuales pierden en la purificación por vía húmeda. Se enumeran a continuación los objetivos concretos alcanzados, con las fases del trabajo desarrollado:1- Estudio de la cinética de la reacción de purificación del gas de síntesis, siguiendo las reacciones de absorción no catalíticas, con deposición de sólido, realizando un estudio exhaustivo, para conseguir unos modelos de reacción gas-sólido que contemplen el mayor número de posibilidades. Se ha pretendido crear una herramienta de simulación con el menor número de restricciones a la hora de aplicarlo a cualquier reacción que involucre cambio en la estructura del sólido con la conversión del mismo, para de este modo no tener un modelo cautivo de un determinado tipo de sorbente.2- Se han obtenido los parámetros cinéticos experimentalmente, mediante análisis termogravimétrico, aplicables a los modelos desarrollados, para el caso concreto del sorbente disponible.3- Se han modelizado matemáticamente los posibles reactores que pueden emplearse en la eliminación del compuesto H2S de este gas de gasificación, especialmente los reactores de lecho fluidizado de burbujeo, ya que poseen muy buenas cualidades de homogeneidad de temperatura y concentraciones. Se ha realizado el estudio de sensibilidad a las variaciones de los parámetros de funcionamiento. 4- Se ha construido una planta experimental a pequeña escala que ha permitido probar el sorbente con garantías en los resultados, para lo que se la ha dotado de los elementos de control y análisis de gas necesarios. 5- Se han realizado un número de experimentos suficiente para estudiar el comportamiento del sorbente en estudio, y para la obtención de datos experimentales que han permitido la validación de los diferentes modelos desarrollados.6- Se han obtenido las siguientes conclusiones resumidas:6.1 Se ha obtenido la cinética propia de la reacción gas-sólido no catalítica del sistema estudiado, viendo la influencia de la composición del gas en la velocidad de reacción. La cinética de primer orden describe adecuadamente los procesos de absorción y regeneración, habiéndose obtenido los parámetros cinéticos correspondientes. 6.2 Utilizando los modelos cinéticos desarrollados se proponen los valores de las características estructurales que optimizarían el comportamiento del sólido, en cuanto a su capacidad de retención de contaminante sulfurado: Porosidad no superior al 30% y área superficial de alrededor de 25 m2/g (frente a los valores actuales del 50%y 8,93 m2/g).6.3 El análisis termogravimétrico ha permitido identificar y cuantificar los valores de los diferentes parámetros que intervienen en la reacción gas-sólido: el coeficiente de reacción intrínseca superficial, la difusividad del gas en la capa de sólido formado, y el coeficiente de transferencia de masa gas-sólido. Asimismo las pruebas experimentales realizadas han puesto de manifiesto la influencia de la composición del gas en la cinética de reacción. 6.4 El equipo piloto de reacción experimental a pequeña escala, capaz de operar a alta temperatura y presión, ha permitido la validación de los modelos desarrollados del sistema de desulfurización, demostrándose que son una herramienta adecuada para su estudio, tanto para diseño, como en operación y control avanzado. Como posible continuación se presentan las siguientes posibilidades en la tarea de modelización: Estudiar modelos más precisos basados en ecuaciones de continuidad multifásicas, para su aplicación en sistemas de computación de alto rendimiento, o bien desarrollar modelos basados en reglas lógicas. En cuanto al desarrollo del sorbente, se pone de manifiesto la necesidad de continuar en su desarrollo para alcanzar los valores de las características señaladas. / OF THE THESISThis thesis is a contribution to the development of a new method of synthesis gas purification in IGCC plants, that make possible a further increase of the energy efficiency, and with this to reduce the emission of greenhouse gas to the atmosphere. It is studied a regenerative absorption in metallic oxides, capable of the elimination of the pollutants from the high-temperature gas, but taking advantage of the energy contents associated with the high temperature process streams, which is lost in the purification by wet route. The objectives and conclusions reached in the development of the thesis work are summarized below:1- The study of the kinetics of the purification reactions of the synthesis gas, non catalytic absorption reactions, with solid deposition. An exhaustive study has been carried out, to obtain some gas-solid reaction models that envisage a great number of possibilities. It has been created a simulation tool with a reduced number of restrictions that makes possible its use with any reaction that involves changes in the structure of the solid thus ensuring generality and independence of a given type of sorbent.2- The kinetic parameters have been obtained by thermogravimetric analysis for the concrete case of the available sorbent to be used in the testing of the developed models. 3- Appropriated type of reactors that can be employed in the elimination of the H2S compound of the gas contemplated have been identified and modeled. Special attention has been given to the bubbling fluidized bed reactors, since they possess very good properties of temperature and concentrations homogeneity. It has been accomplished the sensibility study to the variations of the operation parameters.4- An experimental bubbling fluidized bed reactor plant at bench-scale has been built that has permitted to extract the data from the selected sorbent with guarantees in the results.5- A sufficient number of experiments to study the behaviour of the selected sorbent under study have been accomplished successfully, and the experimental data obtained have permitted the validation of the different developed models.6- The specific conclusions reached are: 6.1. The study of the no-catalytic gas-solid reaction of the system studied shows that kinetics of first order describe adequately the absorption and regeneration processes.6.2. The accomplished experimental tests have shown the influence of the composition of the gas in the kinetics mechanism. The kinetic parameters are very dependent of the composition of the gas, not only of the reactive species, specially of the components that determine the reducing power.6.3. The thermogravimetric analysis has permitted to identify the values of the different parameters that appear in the gas reaction-solid: the coefficient of superficial intrinsic reaction, the diffusivity of the gas in the formed solid layer, and the gas-solid mass transfer coefficient.6.4. Using the developed kinetic models, the values of the structural characteristics that would optimise the behaviour of the solid are proposed, concerning its capacity of retention of sulfured pollutant: Porosity not superior to 30% and superficial area of about 25 m2 / g (as compared to the current values of the 50% and 8,93 m2 / g).6.5. The experimental small scale BFB pilot plant, capable of operating at high-temperature and pressure, has permitted the validation of the developed models for the desulphurisation system. The models developed have demonstrated that they are an adequate tool for the study, design, as well as the operation and advanced control of the system under study. As possible continuation of this thesis work in the modelization task the following is indicated: To study more accurate models based on fundamental multiphasic continuity equations, or else to develop models based on logic rules. With respect to development of the sorbent, the need of continuing in its development to reach the values of the indicated characteristics is shown.

Aquesta Tesi Doctoral es centra en la recuperació de metalls precisos presents en dissolucions d'àcid clorhñidric, per mitjà de tècnqiues tant emergents com ben establertes basades en els principis de la tecnologia d'extracció líquid-líquid. La importància d'aquesta temàtica radica en el gran valor i l'escassetat d'aquests metalls. Les principals conclusions extretes d'aquest treball són:- L'extracció liquid-liquid permet una ràpida extracció i stripping de Pd(II) quan s'empra l'extractant DEHTPA dissolt en querosè. El Pd(II) es pot extreure selectivament en presènica d'altres metalls com ara Cu(II), Fe(III), Pt(IV), Rh(III) i Zn(II). - DEHTPA i Alamine 336 són extractants que han estat emprats en la preparació de resines impregnades que permeten extreure selectivament el Pd(II) així com la co-extracció de Pd(II) i Pt(IV) en presència de Rh(III). Les resines impregnates presenten les avantatges de la tecnologia de bescanvi iònic i mantenen la selectivitat dels extractants. Tot i això, s'ha vist que els processos tant d'extracció com d'stripping presenten cinètiques més lentes en relació amb d'altres tecnologies.. Les resines impregnades també s'han combinat amb la tecnologia de llit fluiditzat permetent el treball en continu.- Les membranes líquides suportades (MLS) presenten l'atractiu que combinen els processos d'ectracció i stripping en una sola fase. El sistema SLM/DEHTPA permet el transport selectiu de Pd(II), que es troba controlat per fenòmens de difusió. La presència d'impureses en la solució d'alimentació és important donat que pot provocar fenòmens d'obturació en la membrana. - L'extracció selectiva cloud point (CP) d'Au(III) emprant el surfactant PONPE7.5 s'ha aconseguit a temperatura ambient de forma similar a l'extracció líquid-líquid amb l'avantatge que no es requereix la utilització de dissolvents orgànics. L'aplicació d'aquesta tècnica es va aplicar amjb èxit a la recuperació d'Au provinent de circuits impresos, si bé cal esmentar que en l'etapa d'stripping va ésser necessària la utilització de cloroform. / This thesis is focused on the recovery of precious metals from hydrochloric acid solutions through emergent or well established metal recovery techniques based or on the principles of solvent extraction technology. This subject is of a great importance due to the high value and scarcity of precious metals, consequently the need of developing and consolidating new separation and concentration processes is imperative. The main conclusions derived from this work are:- Liquid-liquid extraction allow fast Pd(II) extraction and stripping when the extractant DEHTPA dissolved in kerosene is used as organic phase. Pd(II) can be selectively extracted by DEHTPA over Cu(II), Fe(III), Pt(IV), Rh(III) and Zn(II). - DEHTPA and Alamine 336 are appropiate extractants for preparation of impregnated resins suitable for selective extraction of Pd(II) over metal impurities and co-extraction of Pd(II) and Pt(IV) against Rh(III). Impregnated resins maintain the advantages of ion-exchange technology, and also keep the selective characteristics of the extractants. However, the extraction and stripping kinetics of impregnated resins are slow compared to solvent extraction. Impregnated resins have also benn combined with fluidized bed technology allowing continuous operation.- Supported liquid membranes (SLM) are very attractive since they combine the processes of extraction and stripping in a single stage. SLM/DEHTPA system permits selective Pd(II) transport on a diffusion controlled process. The presence of impurities inn the feed solution may cause blockage of the membrane.- Selective cloud point (CP) extraction of Au(III) using the surfactant PONPE7.5 is achieved at ambient temperature in a similar manner as in solvent extraction not requiring the use of organic solvents. The application of CP extraction is demonstrated for the recovery of Au from a printed substrate, although the usage of an organic solvent, chloroform, is necessary in the stripping step.

El nostre país ha estat devastat seriosament pels incendis forestals durant els darrers anys, causant greus conseqüències sobre les persones i el medi ambient i destruint una de les fonts de riquesa i equilibri més preuades del territori. A més, les repercussions econòmiques i socials han estat de gran importància.Aquesta tesi doctoral pretén trobar solucions als greus problemes que els incendis forestals representen al nostre país. Se centra en el camp de l'extinció, i més concretament, en l'aplicació de productes retardants a llarg terminiactuant com a tallafocs químics del front d'incendi. Aquesta és una tècnica d'extinció que ofereix enormes possibilitats d'èxit; amb tot, presenta grans incògnites pel que fa a la seva eficàcia i operativitat, a causa de les importants llacunes existents en el seu coneixement sobretot a mitjana i gran escala.Aquesta tesi té dos objectius específics; d'una banda, el de dissenyar una nova metodologia experimental per a l'estudi de l'efecte dels retardants a llarg termini, que permeti extreure la màxima informació sobre les principals variables que determinen el comportament d'un incendi, i de l'altra, el d'obtenir un model matemàtic que predigui l'efecte d'un tractament retardant sobre un front d'incendi, donats els paràmetres d'aplicació.Per a la consecució d'aquests objectius, ha estat dut a terme un extens programa experimental de laboratori a la Universitat de Coimbra (Portugal) i a la Universitat Politècnica de Catalunya (on ha estat dissenyada i posada en funcionament una instal·lació a tal efecte) i també han estat realitzades dues campanyes experimentals a camp, amb vegetació típicament mediterrània. En aquests experiments han estat implementats diferents sistemes d'adquisició de dades de la velocitat de propagació, la velocitat de combustió, la temperatura i la potència calorífica radiant del front d'incendi.Amb el tractament i anàlisi de les dades experimentals han estat detallats els principals fenòmens físics que ocorren quan un front d'incendi transcorre sota l'efecte duna formulació retardant. Finalment, a partir d'aquesta anàlisi, ha estat validat un model teòric de propagació d'incendis forestals basat en el mecanisme de transferència de calor per radiació. Aquest model ha estat adaptat per tal que pugui contemplar l'efecte del tractament retardant i esdevingui una eina predictiva en aquest sentit. / Forest fires have seriously devastated our region during the last years, causing human and environmental damage and destroying one of the most valuable source of wealth and balance of our country. Their economic and social consequences have been very important.This thesis tries to find solutions to the serious problems originated by wildland fires represent in our country. It is focused on the field of extinction and more specifically on the application of long-term fire retardants, which acts as firebreaks of the fire front. This is an extinction technique that offers great possibilities of success; however, it presents many uncertainties related to its efficacy and operational capacity, due to the lack of knowledge at medium and large scale.This PhD thesis has two main objectives; the first one involves designing a new experimental methodology for the study of the effect of long-term fire retardants, which allows extracting the maximum information on the main fire behaviour variables. The later aims at the achievement of a mathematical model to predict the effect of a certain retardant treatment, applied to a fire front, given its application parameters.Wide laboratory experimental programs have been carried out in the University of Coimbra (Portugal) and in the Politechnic University of Catalunya (where an experimental installation had to be designed and started) and two field experimental campaigns with typical Mediterranean vegetation have been realised as well, in order to achieve these objectives. Different data acquisition systems have been implemented so that rate of spread, combustion velocity, temperatures and heat flux by radiation of the fire front could have been recorded.The main physical phenomena that take place in a fire front treated with a retardant formulation have been detailed by means of data analysis.Finally, a theoretical mathematical model based on the radiative heat transfer mechanism has been validated through this analysis. This model has been adapted aiming at the consideration of retardant treatment effects and the achievement of a predictive tool to evaluate them.

En les darreres dècades el nombre d'accidents ocurreguts en la industria química i durant el transport de mercaderies perilloses ha augmentat substancialment, registrant-se en la seva majoria en zones densament poblades. Els núvols de gasos tòxics solen originar-se en aquests accidents i malgrat que són menys probables que altres tipus d'accidents, poden afectar grans extensions i contaminar zones poblades, provocant greus conseqüències. Això comporta un gran repte per a les autoritats civils, que han d'avaluar i decidir l'àrea que cal evacuar i l'àrea en la que s'ha d'implementar el confinament com a mesura de protecció. L'avaluació de l'efectivitat del confinament comprèn tres etapes fonamentals: el càlcul de la dispersió exterior, el càlcul de la concentració interior en funció de la concentració exterior i l'avaluació dels efectes adversos per a la salut. Aquesta tesi s'enfoca principalment en l'estudi de la segona etapa, la qual és funció de la taxa d'infiltració d'aire en les edificacions.Inicialment es va realitzar una extensa revisió bibliogràfica sobre les tres etapes, fent èmfasi en la cerca de models pel càlcul de la concentració interior, la taxa d'infiltració y l'hermeticitat de les vivendes. Posteriorment, a través d'una anàlisi de sensibilitat es trobà que la taxa de renovació d'aire té una gran influencia sobre l'efectivitat del confinament i, a més, atès que aquesta varia per cada edificació, el coneixement de la seva distribució en una població és necessari per a una avaluació adequada de l'efectivitat del confinament, ja que suposar-la constant per a totes les edificacions pot comportar sobreestimacions o subestimacions del radi d'evacuació. Per tant, amb la finalitat d'obtenir una aproximació de la distribució de l'hermeticitat, es va aplicar el model desenvolupat pel Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), que prové de dades de vivendes nord-americanes, a les vivendes catalanes. De tota manera, els resultats obtinguts es trobaven esbiaixats a les zones climàtiques, essent les prediccions per a vivendes ubicades en zones seques més hermètiques que en zones humides. En el cas de Catalunya, on les tècniques constructives no varien significativament d'una zona a una altra i la majoria de vivendes estan construïdes a base de materials pesats, no és d'esperar una diferència tan marcada com la predita pel model del LBNL. Per tant, es va decidir desenvolupar un model per a les vivendes catalanes utilitzant la base de dades de taxes d'infiltració de vivendes unifamiliars del CETE de Lyon, ja que aquestes vivendes tenen més similitud amb les vivendes catalanes que no pas les nord-americanes.El model desenvolupat, denominat UPC-CETE, permet estimar l'hermeticitat de les vivendes unifamiliars en funció de l'àrea, el número de pisos, l'edat i el tipus d'estructura constructiva: lleugera o pesada. Els valors d'hermeticitat predits amb aquest model foren menors que els obtinguts amb el model del LNBL, tal com s'esperava. Finalment, per tal de validar i millorar el model desenvolupat, es van realitzar mesures de la taxa de renovació d'aire en diverses vivendes de Catalunya i també en habitacions prèviament condicionades per ser utilitzades com a refugi, per tal d'avaluar la reducció guanyada sobre la taxa de renovació de tota la vivenda. Com a mitjana, s'obtingueren reduccions d'un 35% i es trobà que les reduccions més grans tenien lloc en vivendes antigues, amb àrees petites d'una o dues plantes. El model UPC-CETE millorat a partir dels resultats obtinguts en les proves experimentals, s'incorporà a la metodologia per avaluar l'efectivitat del confinament en l'etapa d'estimació de la taxa de renovació d'aire, evitant l'ús d'un valor constant per a totes les vivendes i promovent així l'ús d'una distribució d'aquest paràmetre per secció censal afectada dins la població. / During the last decades the number of accidents in chemical industries and during transportation of hazardous substances has significantly increased, with most of them occurring in highly populated areas. One of the possible accidents is a toxic gas cloud, which although less common than other major hazards could affect larger areas reaching populated zones and producing more severe consequences. This implies then, a great challenge to emergency managers who must plan and decide the areas where protection measures should be implemented: shelter in place and/or evacuation. The assessment of the effectiveness of shelter in place is subjected to three main stages: the calculation of the outdoor gas dispersion, the estimation of indoor concentration from outdoor concentration and the evaluation of human vulnerability. This thesis is mainly focused on the study of the second stage which is primarily a function of buildings leakage.Initially we performed a bibliographic survey with special interest on the models to estimate indoor concentration from outdoor concentration, airtightness of dwellings and ventilation models. Then, through a sensitivity analysis, we found that the air exchange rate has a great influence on the effectiveness of shelter in place. Moreover, since this parameter is different for each building, the knowledge of the distribution of this variable in the affected population would lead to a more accurate assessment of the effectiveness of shelter in place, because if we assume it as a fix value, constant for all buildings, over or underestimations of the evacuation radius may occur. Therefore, with the aim of making an estimation of the airtightness distribution in Catalunya, we applied the model developed by the Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), a model based on data from North American dwellings, to Catalan dwellings. The results obtained were influenced by climate zones, due to the coefficients of the model, being more airtight the predictions for dwellings located in dry climates than for dwellings in humid zones. In the case of Catalunya, where constructions techniques do not differ significantly from one zone to another and most of the dwellings consist of a heavy structure, a difference such as that predicted by the model of the LBNL is not expected. Consequently, we decided to develop a model for Catalan dwellings using the air leakage database from the CETE de Lyon, since French dwellings are more likely to Catalan dwellings than US dwellings. The model developed, named the UPC-CETE model, predicts the airtightness of single-family dwellings as a function of the floor area, the age, the number of stories and the structure type: light or heavy. The airtihgtness values predicted with this model were smaller than those predicted with the model of the LBNL, as was expected. Finally, in order to validate and improve the model developed we carried out a series of trials to measure the air exchange rate in some Catalan dwellings. Measurements in sealed rooms were also performed with the aim of assessing the reduction gained on the air exchange rate with regards to the air exchange rate of the whole dwelling. On average, we obtained reductions of 35% and found that larger reductions belonged to old dwellings with small floor areas and 1 or 2 stories. The improved model was incorporated on the methodology to assess shelter in place effectiveness on the stage concerning the estimation of the air exchange rate of the dwellings located on the affected zone; therefore, the assumption of a constant value is avoided. These measurements and the model constitute therefore the first proposal for estimating the airtightness distribution of single-family dwellings that could be used by Catalan authorities for emergency response planning.

L'estudi de la formació de microstructures en processos de solidificació té importants aplicacions científiques i tecnològiques. L'aparició d'aquestes estructures determina les propietats elèctriques i mecàniques del material solidificat, i té per tant un important interès tecnològic. La majoria d'aquestes estructures tenen el seu origen en una desestabilització morfològica de la interfase sòlid-líquid que es produeix a mesura que el front avança. Per aquest motiu, l'estudi del comportament dinàmic de la interfase resulta essencial per entendre els mecanismes que intervenen en la creació d'aquests patrons. Els processos de solidificació solen descriure's mitjançant problemes de contorn mòbil. Aquestes formulacions consten d'equacions per a la difusió del calor i de massa en les fases sòlida i líquida, que s'han de resoldre imposant l'acompliment de diverses condicions de contorn mòbils a la interfase. Els problemes de contorn mòbil, malgrat contenir tots els elements que intervenen en la dinàmica i ser de molta utilitat en l'àmbit de l'enginyeria, requereixen un cost computacional que no permet simular sistemes reals en règims interfacials complexos. Els mètodes de camp de fase (phase-field methods), van aparèixer a principis dels anys vuitanta com una eina computacional que permetia l'estudi de fenòmens interfacials de caire general. Aquests mètodes descriuen la forma de la interfase mitjançant un camp continu que pren valors diferents i constants en les dues fases. La dinàmica d'aquest camp és llavors acoblada al camp de difusió de calor o massa que determina l'avanç del front de solidificació. Un dels avantatges d'aquests mètodes és que la seva simulació no requereix d'algorismes de seguiment de la interfase (front tracking algorithsms). És ben conegut que les característiques principals de les microestructures en solidificació, es determinen durant els transitoris inicials en els que els corrents de massa i calor s'adapten a la evolució dinàmica del front. Un dels objectius en aquesta tesi és el de fer servir mètodes de camp de fase per descriure de forma quantitativa aquests transitoris. Per comprovar la validesa del nostre procediment, es realitza una comparació quantitativa entre els resultats numèrics obtinguts i diferents prediccions analítiques derivades del problema de contorn mòbil. Per un altra banda, la desestabilització del front es veu afectada per la presència de fluctuacions al sistema. Aquestes pertorbacions microscòpiques poden tenir el seu origen a les fluctuacions termodinàmiques internes, o bé ser conseqüència de imperfeccions experimentals que actuen com a font externa de soroll. El segon objectiu d'aquesta tesi és la introducció de fluctuacions en mètodes de camp de fase, de forma que es pugui estudiar l'amplificació dinàmica de les pertorbacions microscòpiques que acaben donant lloc a estructures macroscòpiques. Per finalitzar, analitzem el problema de la selecció en solidificació direccional. Estudiem els règims lineal i no-lineal, tot determinant les condicions, el moment i la forma en que apareixen les estructures dendrítiques i cel·lulars. / Crystal growth is a non-equilibrium process which involves physical mechanisms at very different scales. When a solidification front advances, mass and heat diffusion processes are combined with interfacial phenomena like capillarity or kinetic attachment. A complex interplay between these mechanisms gives rise to complex interfacial structures like snowflakes or cellular patterns. The formation of microstructures in solidification has both a scientific and a technological interest. On one hand, the study of the different interfacial structures constitutes a fundamental problem in the field of non-equilibrium pattern-forming systems. On the other side, from a technological point of view, the presence of microstructures determines the final mechanical and electrical properties of the processed material. Directional solidification is a controlled solidification technique which reproduces the conditions occurring in some important metallurgical processes like material casting or zone melting refining procedures. In a directional solidification experiment, the alloy sample is pulled at a constant velocity towards the cold region of an externally-imposed temperature gradient. Depending on the growth conditions, a morphological destabilization of the solid-liquid interface occurs during early transient stages. These initial transients are associated to a solute redistribution process due to the adaptation of the concentration field to the forced motion of the sample. The main objective of this thesis is to study the dynamical evolution of the morphological deformations of the front from these initial transients to the final stages where the properties of the interfacial pattern are determined. An important point in this process is that the internal fluctuations of the system play the role of an initiation mechanism for the morphological deformations of the front. During the initial transients, some of these microscopic perturbations are amplified by several orders of magnitude, and a range of wavelengths becomes morphologically unstable. The interfacial deformations of the front can be then characterized by means of power spectrum techniques. In order to study the dynamical evolution of the solidification front in directional solidification, we have used both theoretical and computational approaches: The main computational technique used in this thesis is the phase-field approach, which is a powerful method to simulate complex interfacial phenomena. The model equations describe the evolution of a continuous field , which takes different constant values at the solid and liquid bulks of the system. This field is then coupled with equations for the mass diffusion, and allows performing numerical studies without simulating the standard Stefan-like moving boundary problem. The phase-field method provides a diffuse interface description in which the transition from solid to liquid happens in a region of a certain thickness. The interface thickness introduces a new length in the simulations which must be taken into account to recover quantitative results. One major point in this thesis concerns with the introduction of fluctuations in phase-field methods. In the particular case of variational phase-field formulations -in which the model equations can be derived from a single free energy functional for the whole system-, the introduction of fluctuations can be done by applying the Fluctuation-Dissipation theorem. Variational formulations, however, although their appealing structure, present a poor computational efficiency and cannot be used to obtain quantitative results. To this extent, we have derived a general approach which does not relay in the Fluctuation-Dissipation assumption and permits to introduce fluctuations in both variational and non-variational phase-field formulations. Well-established analytical techniques like boundary integral methods for the transient front position and linear stability analysis of the interface during the transient have been used as theoretical predictions for the computational results. The dynamical evolution of the solidification front can be divided in two stages: A linear regime where the initial noise is amplified, and a non-linear coarsening process where the final properties of the interfacial pattern are selected. We have studied these different stages of the solidification process by using the phase-field approach, and good agreement is obtained when comparing with well-established theoretical and experimental predictions.

La finalidad principal de este trabajo de tesis es ponderar la viabilidad de la aplicación del análisis multicriterio y la lógica difusa en la evaluación de impactos ambientales como una herramienta de ayuda a la toma de decisiones ambientales, se inicia con una revisión de la evolución histórica y legal de la evaluación de impacto ambiental y hace una revisión a la situación europea de cómo se han ido incorporando a la legislación de sus estados miembros las Directivas relativas, y la forma en que los Programas Comunitarios Medioambientales han influido en la política interna de medio ambiente con un énfasis especial al caso España y particularmente de Cataluña. Se hace también un breve análisis a la situación en los países de América.Se dedica un capítulo a las metodologías de evaluación de impactos ambientales con la finalidad de ofrecer un panorama general de los métodos más usados y que más adelante dan origen al método propuesto en este trabajo con la incorporación de técnicas difusas.Merece una atención especial la valoración del medio natural, las principales barreras de carácter ideológico, de procedimiento y metodológico existentes para la selección, ponderación e integración de los criterios de evaluación seleccionados y la desigual calidad de la información disponible. Esta evaluación es llevada a cabo mediante una considerable variedad de técnicas y métodos que tienen en común el hecho de basarse en factores objetivos y subjetivos difícilmente separables y que requieren del auxilio de una técnica matemática que pueda conciliar lo cualitativo con lo cuantitativo.La aplicación del análisis multicriterio y la lógica difusa a la evaluación de impacto ambiental actualiza y mejora el uso de los métodos clásicos y generalmente aceptados, con la ventaja de que permite manejar simultáneamente información cualitativa y cuantitativa sin los problemas de agregación que se presentan en el sistema crisp (convencional) ya que el modelo semántico en que se basa, es proporcionado por la teoría de conjuntos difusos que ha demostrado en otras áreas del conocimiento una mejor aproximación a la realidad, al admitir que la naturaleza tiene matices y que las decisiones se toman en función de una amplia gama de posibilidades y de criterios en ocasiones contradictorios o en conflicto, todos igualmente válidos.Finalmente, a tres proyectos realizados en la Isla de Mallorca considerados en el Plan Director Sectorial para la Gestión de los Residuos Urbanos para una zona de actuación localizada en Son Reus, se les aplica un método de evaluación de impactos ambientales que asimila las técnicas difusas y el análisis multicriterio denominado AIEIA, dichos proyectos son: una Planta Incineradora de RSU, una Planta Metanizadora de residuos biodegradables y una Planta de Compostaje.El uso del programa informático AIEIA (aplicación integral de evaluación de impacto ambiental) desarrollado por un grupo de investigadores de la Universidad de Granada, España encabezado por el Dr. Armando Blanco Morón con la colaboración del Dr. José Manuel Martín Ramos y otros, es una herramienta sumamente útil y práctica que integra el proceso de estudio de impacto ambiental (EsIA) y la toma de decisiones multicriterio difusa; su evaluación ha sido parte de este trabajo, con resultados muy satisfactorios que nos permiten afirmar que resulta viable la aplicación de estas técnicas matemáticas en la evaluación de impactos ambientales. Los resultados obtenidos son equiparables a otros métodos con las ventajas de proporcionar información en términos absolutos y relativos de los impactos ambientales, por actividad, por grupo de actividades, factores ambientales, grupos de factores ambientales y evaluación global del proyecto, en términos lingüísticos, en términos numéricos y en números difusos, además de permitir un análisis de alternativas. / The main purpose of this thesis dissertation is to weigh up the viability of the application of multicriteria analysis and fuzzy logic in the environmental impact assessment as a tool for decision make. It begins with a revision of the historical and legal evolution of environmental impact assessment and makes a revision to European situation of the incorporation of related Directives to the legislation of member states; and the way that Communitarian Environmental Programmes have influenced the internal environmental policies, with an especial emphasis to the case of Spain and, particularly, Catalonia. A brief analysis of the situation of American countries is also presented.The methodologies for environmental impact assessment cover a section of this dissertation, with the objective of illustrating the general state-of-the-science of most used methods that, furthermore, are the origin for the proposed methodology in this work with the incorporation of fuzzy techniques.A remarkable attention is focused in the valuation of the environment, the main ideological, proceedings and methodological barriers existing for the selection, weighting and integration of the assessment criteria selected; and the uneven quality of the available information. This assessment takes place through a considerable variety of techniques and methods that have in common the fact that they are based in both objective and subjective factors hardly separable, and that require the aid from a mathematical technique which reconciles the qualitative and the quantitative.The application of multicriteria analysis and fuzzy logic to the environmental impact assessment actualises and improves the use of classical and accepted methods, with the advantage that it allows to manage simultaneously the qualitative and quantitative information without the problems of aggregation that are present in the crisp (conventional) system; since the semantic model on which that is based is supplied by the theory of fuzzy set, which has shown a better approximation to reality in other subjects when admitting that nature has nuances and decisions are taken in function of a wide range of possibilities and criteria that are often contradictory or in conflict, all of them equally valid.