Tesis por compendio / [ES] "No debemos olvidar que la arquitectura se construye para vivir en ella y no para mirarla". Con estas palabras, el arquitecto Van Der Rohe enfatiza la importancia de que el diseño arquitectónico esté al servicio de la vida y contribuya a mejorarla. Esta visión evidencia la conexión significativa entre la psicología y la arquitectura, ya que los espacios que habitamos determinan nuestro desarrollo personal. De esta forma, cada entorno tiene una finalidad principal y debe ser funcional para ello. En particular, los entornos educativos desempeñan un papel fundamental en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Por lo tanto, es crucial diseñar estos espacios no solo para que sean agradables para sus ocupantes, sino también para potenciar los procesos cognitivos implicados en la educación, asegurando así un ambiente propicio para el aprendizaje y el crecimiento personal. De acuerdo a ello, el objetivo de la presente tesis doctoral es analizar la relación entre tres elementos de diseño del aula (luz, color y dimensión) y tres procesos cognitivos de los estudiantes (memoria, atención y la percepción de preferencia por el entorno). Para su abordaje, se llevaron a cabo tres estudios en laboratorio. Estos estudios consistieron en la evaluación cognitiva de cada participante mientras se encontraban inmersos en aulas virtuales que diferían únicamente en los tres elementos de diseño objeto de estudio, replicando así un entorno real pero con variaciones controladas. Para ello, se hizo uso de dos instrumentos concretos compatibles entre sí y de gran aporte al ámbito de la arquitectura: 1) la realidad virtual como herramienta de visualización de espacios y 2) el desempeño de tareas específicas de atención, memoria y preferencia como herramientas de medición de la cognición del sujeto. En el primer estudio se analizó el efecto de las intervenciones de diseño (en cuanto a luz, color y dimensión) en el rendimiento de atención y memoria y en la preferencia del alumnado, analizando el impacto relativo de cada una de ellas. Este enfoque comparado permite comprender a qué cambios físicos del aula son más sensibles los diferentes procesos cognitivos del alumnado. El estudio se llevó a cabo en conjunto con los dos géneros y, también, de forma separada. En el segundo estudio, se identificaron los valores concretos de cada uno de los tres elementos de diseño estudiados (luz: iluminancia y temperatura del color; color: tono y saturación; dimensión: altura y anchura) que consiguen mejorar la memoria de hombres y mujeres, minimizando las diferencias entre ambos géneros. Por su parte, el tercer estudio propone un análisis conjunto de los tres elementos de diseño mediante programación lineal multiobjetivo con el objeto de identificar las combinaciones específicas de luz, color y forma que maximizan los beneficios en términos de memoria, atención y preferencia. Del conjunto de resultados se concluye que los elementos del aula tienen interrelación entre ellos, por lo que deben ser estudiados en su conjunto. A ello se le suma la complejidad del estudiante ya que su cognición no sigue un mismo patrón. Por lo tanto, es necesario estudiar este paradigma en su conjunto. En este sentido, se explora una valiosa metodología que combina herramientas de control del espacio, como la realidad virtual, con herramientas de medición cognitiva, como tareas específicas validadas. El enfoque desarrollado en este trabajo puede ser prometedor ya que supone un comienzo de multidisciplinariedad en el que se unen las dos áreas de conocimiento: arquitectura y psicología. Por ello, es de esperar que el presente trabajo marque un nuevo paso en esa dirección. / [CA] No hem d'oblidar que l'arquitectura es construeix per a viure-hi i no per a mirar-la". Amb aquestes paraules, l'arquitecte Van Der Rohe emfatitza la importància que el disseny arquitectònic estiga al servei de la vida i contribuïsca a millorar-la. Aquesta visió evidencia la connexió significativa entre la psicologia i l'arquitectura, ja que els espais que habitem determinen el nostre desenvolupament personal. D'aquesta manera, cada entorn té una finalitat principal i ha de ser funcional per a això. En particular, els entorns educatius juguen un paper fonamental en el procés d'ensenyament-aprenentatge. Per tant, és crucial dissenyar aquests espais no només perquè siguen agradables per als seus ocupants, sinó també per a potenciar les funcions cognitives implicades en l'educació, assegurant així un ambient propici per a l'aprenentatge i el creixement personal. D'acord amb això, l'objectiu de la present tesi doctoral és analitzar la relació entre tres elements de disseny de l'aula (llum, color i dimensió) i tres funcions cognitives dels estudiants (memòria, atenció i la percepció de preferència per l'entorn). Per a abordar-ho, es van dur a terme tres estudis en laboratori. Aquests estudis van consistir en l'avaluació cognitiva de cada participant mentre es trobaven immersos en aules virtuals que diferien únicament en els tres elements de disseny objecte d'estudi, replicant així un entorn real però amb variacions controlades. Per a això, es va fer ús de dos instruments concrets compatibles entre si i de gran aportació a l'àmbit de l'arquitectura: 1) la realitat virtual com a eina de visualització d'espais i 2) el desenvolupament de tasques específiques d'atenció, memòria i preferència com a eines de mesura de la cognició del subjecte. En el primer estudi es va analitzar l'efecte de les intervencions de disseny (quant a llum, color i dimensió) en el rendiment d'atenció i memòria, i en la preferència de l'alumnat, analitzant l'impacte relatiu de cadascuna d'elles. Aquest enfocament comparat permet comprendre a quins canvis físics de l'aula són més sensibles els diferents processos cognitius de l'alumnat. L'estudi es va dur a terme en conjunt amb els dos gèneres i, també de manera separada. En el segon estudi, es van identificar els valors concrets de cadascun dels tres elements de disseny estudiats (llum: il·luminància i temperatura del color; color: to i saturació; dimensió: alçària i amplària) que aconsegueixen millorar la memòria d'homes i dones, minimitzant les diferències entre ambdós gèneres. Per la seua banda, el tercer estudi proposa una anàlisi conjunta dels tres elements de disseny mitjançant programació lineal multiobjectiu amb l'objecte d'identificar les combinacions específiques de llum, color i forma que maximitzen els beneficis en termes de memòria, atenció i preferència. Del conjunt de resultats es conclou que els elements de l'aula tenen interrelació entre ells, per la qual cosa ha de ser estudiat en el seu conjunt. A açò s'hi suma la complexitat de l'estudiant ja que la seua cognició no segueix un mateix patró. Per tant, és necessari estudiar aquest paradigma en el seu conjunt. En aquest sentit, s'explora una valuosa metodologia que combina eines de control de l'espai, com la realitat virtual, amb eines de mesurament cognitiu, com tasques específiques validades. L'enfocament desenvolupat en aquest treball pot ser prometedor ja que suposa un començament de multidisciplinarietat en el qual s'uneixen les dues àrees de coneixement: arquitectura i psicologia. Per això, és d'esperar que el present treball marque un nou pas en aquesta direcció / [EN] "We must not forget that architecture is built to live in, not just to look at". With these words, architect Van Der Rohe emphasizes the importance of architectural design serving life and contributing to its improvement. This perspective highlights the significant connection between psychology and architecture, as the spaces we inhabit shape our personal development. Thus, each environment has a primary purpose and must be functional accordingly. Particularly, educational environments play a fundamental role in the teaching-learning process. Therefore, it is crucial to design these spaces not only to be pleasant for occupants but also to enhance the cognitive processes involved in education, ensuring a conducive environment for learning and personal growth. In line with this, the objective of this doctoral thesis is to analyze the relationship between three classroom design elements (light, color, and dimension) and three cognitive processes of students (memory, attention, and preference for the environment). To address this, three laboratory studies were conducted. These studies involved the cognitive evaluation of each participant while immersed in virtual classrooms that differed only in the three design elements under study, thus replicating a real environment with controlled variations. For this purpose, two specific instruments compatible with each other and highly relevant to the field of architecture were used: 1) virtual reality as a tool for space visualization and 2) performance of specific attention, memory, and preference tasks as tools for measuring subject cognition. The first study analyzed the effect of design interventions (in terms of light, color, and dimension) on students' attention and memory performance and their preference, examining the relative impact of each. This comparative approach allows understanding which physical changes in the classroom are most sensitive to different cognitive processes of students. The study was conducted collectively with both genders and also separately. In the second study, the specific values of each of the three design elements studied (light: illuminance and color temperature; color: hue and saturation; dimension: height and width) were identified to improve the memory of men and women, minimizing differences between genders. On the other hand, the third study proposes a joint analysis of the three design elements through multi-objective linear programming to identify specific combinations of light, color, and shape that maximize benefits in terms of memory, attention, and preference.From the set of results, it is concluded that the classroom elements are interconnected, thus needing to be studied as a whole. Added to this is the complexity of the student since their cognition does not follow a single pattern. Therefore, studying this paradigm as a whole is necessary. In this sense, a valuable methodology is explored, combining space control tools like virtual reality with cognitive measurement tools like validated specific tasks. The approach developed in this work could be promising as it represents the beginning of multidisciplinarity in which the two areas of knowledge¿architecture and psychology¿are combined. Therefore, it is expected that this work will mark a new step in that direction. / Nolé Fajardo, ML. (2024). El diseño del aula como facilitador del aprendizaje: el papel de la luz, el color y la dimensión en los procesos cognitivos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207134 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] El hormigón, material de construcción fundamental en la ingeniería civil, ha sido muy estudiado para cuantificar y mejorar su resiliencia y vida útil. La exposi-ción prolongada a ciertas condiciones ambientales, y la carga mecánica en con-diciones de servicio, pueden resultar en la aparición de fisuras (< 0.4 mm), que no amenazan la integridad de la estructura, pero en algunos casos pueden redu-cir su durabilidad. En los últimos años, se han buscado nuevos enfoques para ob-tener la autosanación o autorreparación de fisuras en el hormigón. El hormigón autosanable se considera un enfoque prometedor para desarro-llar materiales de construcción duraderos y respetuosos con el medio ambiente. La autosanación en el hormigón implica la reducción de las fisuras, lo que reduci-ría las consecuencias negativas de su presencia. El hormigón tiene una capacidad inherente de autosanación, denominada sanación autógena, pero su capacidad es limitada. Se han investigado diversos enfoques para estimular la autosanación, incluida la introducción de productos innovadores dentro de la matriz del hor-migón o la mejora de sus capacidades inherentes. Esta tesis examina la capacidad de autosanado de varios tipos de hormigón, incluidos los convencionales, de altas prestaciones y de ultra altas prestaciones, y estudia y propone diferentes metodologías para evaluar y comparar hormigones con diferente comportamiento, como aquellos con tendencia a la multifisura-ción. Las metodologías realizadas son ensayos de cierre de fisuras, ensayos de permeabilidad y ensayos de penetración de cloruros. La tesis también examina la incorporación de diversos aditivos, como Aditivos Cristalinos, Polímeros Su-perabsorbentes, sepiolita, nanofibras de alúmina, nanocelulosa y bacterias, con el fin de estudiar su potencial mejora de la capacidad de autosanado. El objetivo de esta investigación surge de la necesidad de comprender me-jor los mecanismos de autosanado y su efecto en la durabilidad de las estructuras de hormigón. Esto incluye la evaluación y cuantificación del autosanado de dife-rentes hormigones, que sanaron en diferentes ambientes y condiciones de ini-ciación. Estos parámetros se eligen para proporcionar una evaluación integral de la respuesta del material. La aplicabilidad práctica de los resultados obtenidos se verifica en prototipos reducidos y a escala real, ampliando los experimentos más allá de las limitaciones del laboratorio y aumentando el nivel de madurez de la tecnología. Esta tesis proporciona un análisis amplio y en profundidad del hormigón au-tosanable. Los resultados obtenidos tienen el potencial no sólo de mejorar el conocimiento académico en el campo sino también de estimular mejoras en el diseño y la construcción de estructuras de hormigón duraderas y resilientes. / [CA] El formigó, un material de construcció fonamental a l'enginyeria civil, ha es-tat estudiat sovint per quantificar i millorar la seva resiliència i vida útil. L'exposi-ció perllongada a certes condicions ambientals, i la càrrega mecànica en condi-cions de servei, pot resultar en l'aparició de fisures (< 0.4 mm), que no suposen un perill per a la integritat de l'estructura, però que en alguns casos poden re-duir la seua durabilitat. En els últims anys, s'han buscat nous enfocs per obtenir l'autosanació o autoreparació de fissures al formigó. El formigó autosanable es considera un enfoc prometedor per desenvolupar materials de construcció duraders i respectuosos amb el medi ambient. L'auto-sanació al formigó implica la reducció de les fissures, cosa que reduiria les con-seqüències negatives de la seva presència. El formigó té una capacitat inherent d'autosanació, anomenada sanació autògena, però la seva capacitat és limitada. S'han investigat diversos enfocs per estimular l'autosanació, inclosa la introduc-ció de productes innovadors dins la matriu del formigó o la millora de les capaci-tats inherents. Aquesta tesi examina la capacitat d'autosanat de diversos tipus de formigó, inclosos els convencionals, d'altes prestacions i d'ultra altes prestacions, i estudia i proposa diferents metodologies per avaluar i comparar formigons amb com-portament diferent, com aquells amb tendència a la multifisuració. Les metodo-logies realitzades són assaigs de tancament de fissures, assaigs de permeabilitat i assaigs de penetració de clorurs. La tesi també examina la incorporació de diver-sos additius, com Additius Cristal·lins, Polímers Superabsorbents, sepiolita, nano-fibres d'alumini, nanocel·lulosa i bactèries, per tal d'estudiar la potencial millora de la capacitat d'autosanat. L'objectiu d'aquesta investigació sorgeix de la necessitat de comprendre mi-llor els mecanismes dautosanat i el seu efecte en la durabilitat de les estructures de formigó. Això inclou l'avaluació i la quantificació de l'autosanat de diferents formigons, que van curar-se en diferents ambients i condicions d'iniciació. Aquests paràmetres es trien per proporcionar una avaluació integral de la res-posta del material. L'aplicabilitat pràctica dels resultats obtinguts es verifica en prototips reduïts ia escala real, ampliant els experiments més enllà de les limita-cions del laboratori i augmentant el nivell de maduresa de la tecnologia. Aquesta tesi proporciona una anàlisi àmplia i en profunditat del formigó au-tosanable. Els resultats obtinguts tenen el potencial no només de millorar el coneixement acadèmic al camp sinó també d'estimular millores en el disseny i la construcció d'estructures de formigó duraderes i resilients. / [EN] Concrete, a primary construction material in civil engineering, has been fre-quently examined to quantify and improve its resilience and lifespan. Prolonged exposure to certain environmental conditions, as well as mechanical loading in service conditions, may result in the development of small cracks (< 0.4 mm), which do not threaten the safety of the structure but, in some cases, may reduce its durability. In the last few years, researchers have pursued novel approaches to obtain self-healing or self-repair of cracks in concrete. Self-healing concrete has emerged as a promising approach to developing durable and environmentally friendly construction materials. Self-healing in concrete involves the reduction of cracks, which would reduce the negative consequences of its presence. Concrete has an inherent self-healing capacity and autogenous healing, but its capability is limited. Diverse approaches have been investigated to stimulate self-healing, including introducing innovative products inside concrete matrix or improving its inherent abilities. The current thesis examines the self-healing capability of various concrete types, including conventional, high-performance, and ultra-high-performance concretes, and studies and proposes different methodologies for evaluating and comparing concretes with different behavior, such as those with the tendency to show multi-cracking. The methodologies performed are crack closing tests, permeability tests, and chloride penetration tests. The thesis also examines the incorporation of various additives, such as Crystalline Admixture, Superabsor-bent Polymers, sepiolite, alumina nano-fibers, nanocellulose, and bacteria, to study their potential enhancement of the self-healing capability. The purpose of this research comes from the need to comprehend the self-healing mechanisms and their influence on the durability of concrete structures. This includes the evaluation and quantification of the material's performance in different concretes that healed in different healing exposures and with different initiation conditions. These parameters are chosen to provide a comprehensive assessment of the material's performance. The practical applicability of the re-sults obtained is verified in reduced and full-scale prototypes, upgrading the experiments beyond the limitations of the laboratory and increasing the Tech-nology Readiness Level. This thesis provides a broad and in-depth analysis of self-healing concrete, ex-amining its potential. The findings cannot only enhance academic knowledge but also stimulate improvements in the design and construction of long-lasting and resilient concrete structures. / Doostkami, H. (2024). Chloride penetration assessment on self-healing capability of conventional, high-performance, and ultra high-performance concrete [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207287 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] El cambio climático se ha convertido en un desafío globalmente reconocido, que requiere una acción coordinada y decisiva a través de políticas robustas, inversiones en tecnologías limpias y cambios en los patrones de consumo y producción. En este contexto, la transición energética se destaca como una estrategia clave para mitigar los efectos del cambio climático, con las ciudades desempeñando un papel fundamental. Sin embargo, las diversas características socioeconómicas y espaciales de las ciudades presentan desafíos significativos para lograr una transición energética equitativa. Dada la complejidad de los paisajes urbanos y la naturaleza descentralizada de la producción de energía renovable, ha surgido la necesidad de reevaluar las estrategias de planificación energética urbana, centrándose en los distritos urbanos como la unidad principal de análisis. Este enfoque permite que los sistemas colectivos optimicen el espacio disponible de manera más efectiva. Esta tesis doctoral propone metodologías para la planificación energética en ciudades y a escala distrital que apoyen acciones dirigidas no solo a objetivos de descarbonización, sino también a metas de inclusión social, para asegurar una transición energética inclusiva, centrándose en Valencia como caso de estudio. La investigación comienza con una metodología de toma de decisiones multicriterio para priorizar distritos para su transformación en Distritos de Energía Positiva (PEDs). Posteriormente, se formula una metodología de planificación para PEDs y se aplica a los Frentes Marítimos Urbanos (UWF), considerando su potencial y los resultados de la priorización previa. La metodología para la planificación de PEDs en UWF sugiere que las acciones propuestas se basen en objetivos establecidos y un análisis DAFO. La inclusión social debe hacerse explícita para un distrito residencial; de lo contrario, no se logrará solo con los objetivos de descarbonización. Al proponer una metodología de selección multicriterio similar a la primera, se pretende analizar los cambios en la selección de acciones para la descarbonización cuando se consideran solo los criterios de descarbonización o los criterios de género, junto con la diversidad de experiencia entre los tomadores de decisiones. Finalmente, para ilustrar cómo implementar estrategias específicas para una descarbonización inclusiva, se esboza una propuesta para contribuir a fomentar el autoconsumo compartido de electricidad fotovoltaica en entornos urbanos mientras se mitiga la pobreza energética. Los resultados de esta tesis destacan la necesidad de seguir avanzando en el desarrollo de metodologías que aborden no solo los desafíos técnicos y ambientales de las transiciones energéticas urbanas, sino que también aseguren que estas transiciones sean socialmente inclusivas. A través de una estrecha colaboración con actores locales y responsables políticos, es posible desarrollar y aplicar metodologías que apoyen los objetivos más amplios de planificación urbana de una ciudad. Esta tesis subraya el valor de integrar la investigación académica con los desafíos urbanos del mundo real para ayudar a guiar la transición de la ciudad hacia un futuro más sostenible y equitativo. / [CA] El canvi climàtic s'ha convertit en un desafiament globalment reconegut, que requereix una acció coordinada i decisiva a través de polítiques robustes, inversions en tecnologies netes i canvis en els patrons de consum i producció. En aquest context, la transició energètica es destaca com una estratègia clau per mitigar els efectes del canvi climàtic, amb les ciutats jugant un paper fonamental. No obstant això, les diverses característiques socioeconòmiques i espacials de les ciutats presenten desafiaments significatius per aconseguir una transició energètica equitativa. Donada la complexitat dels paisatges urbans i la naturalesa descentralitzada de la producció d'energia renovable, ha sorgit la necessitat de reavaluar les estratègies de planificació energètica urbana, centrant-se en els districtes urbans com a unitat principal d'anàlisi. Aquest enfocament permet que els sistemes col·lectius optimitzen l'espai disponible de manera més efectiva. Aquesta tesi doctoral proposa metodologies per a la planificació energètica en ciutats i a escala distrital que recolzen accions dirigides no només a objectius de descarbonització, sinó també a fites d'inclusió social, per assegurar una transició energètica inclusiva, centrant-se en València com a cas d'estudi. La investigació comença amb una metodologia de presa de decisions multicriteri per prioritzar districtes per a la seua transformació en Districtes d'Energia Positiva (PEDs). Posteriorment, es formula una metodologia de planificació per a PEDs i s'aplica als Fronts Marítims Urbans (UWF), considerant el seu potencial i els resultats de la priorització prèvia. La metodologia per a la planificació de PEDs en UWF suggereix que les accions proposades es basen en objectius establerts i una anàlisi DAFO. La inclusió social s'ha de fer explícita per a un districte residencial; en cas contrari, no s'aconseguirà només amb els objectius de descarbonització. En proposar una metodologia de selecció multicriteri similar a la primera, es pretén analitzar els canvis en la selecció d'accions per a la descarbonització quan es consideren només els criteris de descarbonització o els criteris de gènere, juntament amb la diversitat d'experiència entre els prenedors de decisions. Finalment, per a il·lustrar com implementar estratègies específiques per a una descarbonització inclusiva, s'esbossa una proposta per a contribuir a fomentar l'autoconsum compartit d'electricitat fotovoltaica en entorns urbans mentre es mitiga la pobresa energètica. Els resultats d'aquesta tesi destaquen la necessitat de continuar avançant en el desenvolupament de metodologies que aborden no només els desafiaments tècnics i ambientals de les transicions energètiques urbanes, sinó que també asseguren que aquestes transicions siguen socialment inclusives. A través d'una estreta col·laboració amb actors locals i responsables polítics, és possible desenvolupar i aplicar metodologies que recolzen els objectius més amplis de planificació urbana d'una ciutat. Aquesta tesi subratlla el valor d'integrar la investigació acadèmica amb els desafiaments urbans del món real per ajudar a guiar la transició de la ciutat cap a un futur més sostenible i equitatiu. / [EN] Climate change has emerged as a globally acknowledged challenge, necessitating coordinated and decisive action through robust policies, investments in clean technologies, and shifts in consumption and production patterns. Within this context, the energy transition stands out as a key strategy to mitigate the effects of climate change, with cities playing a fundamental role. However, cities' diverse socio-economic and spatial characteristics present significant challenges to achieving an equitable energy transition. Given the complexity of urban landscapes and the decentralised nature of renewable energy production, there has been a growing need to reevaluate urban energy planning strategies, focusing on urban districts as the primary unit of analysis. This approach enables collective systems to optimise the available space more effectively. This doctoral thesis proposes methodologies for energy planning in cities and at the district scale that support actions targeting not only decarbonisation objectives but also social inclusion goals, to ensure an inclusive energy transition, focusing on Valencia as a case study. The research begins a multi-criteria decision-making methodology to prioritise districts for transformation into (Positive energy districts) PEDs. Subsequently, a PED planning methodology is formulated and applied to Urban Waterfronts (UWF), considering their potential and the results of the previous prioritisation. The methodology for PED planning in UWF suggests that the proposed actions be based on established objectives and a Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats (SWOT) analysis. Social inclusion must be made explicit for a residential district; otherwise, it will not occur based solely on decarbonisation objectives. By proposing a multi-criteria selection methodology similar to the first one, we aim to analyse changes in the selection of actions for decarbonisation when considering only decarbonisation criteria or gender criteria, along with the diversity of expertise among decision-makers. Finally, to illustrate how to implement specific strategies for inclusive decarbonisation, a proposal to contribute to fostering urban shared self-consumption of photovoltaic electricity while mitigating energy poverty is outlined. The findings of this thesis highlight the need to continue advancing in the development of methodologies that not only address the technical and environmental challenges of urban energy transitions but also ensure that these transitions are socially inclusive. Through close collaboration with local stakeholders and policymakers, it is possible to develop and apply methodologies that support a city's broader urban planning goals. This thesis underscores the value of integrating academic research with real-world urban challenges to help guide the city's transition toward a more sustainable and equitable future. / Aparisi Cerdá, I. (2024). Development of methodologies for energy planning of urban districts with just energy transition perspective [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213809 / Compendio

[ES] Las expectantes y ambiciosas políticas adoptadas actualmente por las instituciones internacionales para lograr escenarios de Cero Emisiones Netas (NZE), con el fin de mitigar el cambio climático, han impulsado la transición hacia cambios más sostenibles en los sectores energético y químico. En este contexto, la llamada Economía del Metanol (Methanol Economy) se ha propuesto como una solución viable para almacenar, distribuir y utilizar energía y fuentes de carbono renovables. Esta estrategia utiliza el metanol y sus derivados para cubrir la demanda de energía y productos químicos de plataforma, con ventajas como la producción ampliamente establecida, versatilidad y facilidad de almacenamiento y transporte, aprovechando la infraestructura de combustibles existente. La producción de metanol se basa mayoritariamente en mezclas de CO/CO2/H2 provenientes de fuentes no renovables, como el gas natural. La transición hacia el uso de fuentes de carbono más sostenibles, como el CO2 o el e-syngas (CO+H2), habilitados por tecnologías de Captura, Almacenamiento y Utilización de Carbono (CCUS), representa un desafío para satisfacer de manera económica la creciente demanda de metanol. La optimización de catalizadores más activos y selectivos sigue siendo complicada, debido al limitado conocimiento de estos sistemas catalíticos complejos. Esta tesis aborda aspectos fisicoquímicos fundamentales en catalizadores de Cu para la hidrogenación de CO2 y CO a metanol, incluyendo efectos de promoción, distribución nanométrica de centros metálicos y distancias de transporte superficial. Primero, se analiza la relación entre los efectos de promoción Cu-óxido y la fuente de carbono utilizada (CO2 o CO). Se diseñaron catalizadores de Cu soportado ajustando la acidez de los centros de Lewis en la periferia del Cu-óxido. Estudios de actividad catalítica y técnicas espectroscópicas, como FTIR in situ y adsorción de CO a baja temperatura, mostraron similitudes en la hidrogenación de CO y CO2, como energías de activación (Ea) similares y la ocupación predominante de centros ácidos de Lewis por formiatos. Sin embargo, solo una fracción pequeña de estos centros en la interfaz Cu/óxido participa activamente en la reacción, y estudios cinéticos con isótopos revelaron diferencias clave en los mecanismos de reacción. A continuación, se investiga la cuantificación y optimización de la periferia catalítica relevante (CRP) en la interfaz metal-óxido. Variando sistemáticamente la distancia entre nanopartículas en catalizadores Cu/ZrO2 y utilizando espectroscopía infrarroja de modulación-excitación, se cuantificaron la abundancia y dinámica de los intermediarios activos en función de la distancia entre nanopartículas de Cu, diferenciándolos de las especies espectadoras. Esta metodología identificó un espaciado óptimo de ca. 7 nm, donde la producción de metanol es máxima (>19 mmolMeOH mmolCu-1 h-1 a 513 K), y demostró cómo el solapamiento de la CRP entre nanopartículas afecta el control cinético de los pasos elementales en la reacción. Finalmente, la tesis explora los efectos de las distancias de transporte superficial entre centros de Cu metálico y sitios ácidos de Lewis en Zr(IV) en la hidrogenación de CO2. Se estudiaron distancias Cu-ZrO2 de nanómetros a micrómetros, revelando que la falta de contacto directo entre nanocristales de Cu y sitios de Lewis en ZrO2 disminuye la producción de metanol y la selectividad. Los resultados sugieren que el "spillover" de hidrógeno desde Cu hacia intermediarios en ZrO2 se vuelve cinéticamente relevante al aumentar la distancia entre los centros, subrayando la importancia de la cooperación entre sitios para optimizar la síntesis de metanol. En conjunto, los resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre la cooperación de sitios activos y los efectos nanoespaciales en mecanismos bifuncionales, que resultan esenciales para optimizar racionalmente los procesos de síntesis de metanol a partir de COx en catalizadores de Cu soportados. / [CA] Les expectants i ambicioses polítiques adoptades actualment per les institucions internacionals per a aconseguir escenaris de Zero Emissions Netes (NZE), amb la finalitat de mitigar el canvi climàtic, han impulsat la transició cap a canvis més sostenibles en els sectors energètic i químic. En este context, l'anomenada Economia del Metanol (Methanol Economy) s'ha proposat com una solució viable per a emmagatzemar, distribuir i utilitzar energia i fonts de carboni renovables. Esta estratègia utilitza el metanol i els seus derivats per a cobrir la demanda d'energia i productes químics de plataforma, amb avantatges com la producció àmpliament establida, versatilitat i facilitat d'emmagatzematge i transport, aprofitant la infraestructura de combustibles existent. La producció de metanol es basa majoritàriament en mescles de CO/CO2/H provinents de fonts no renovables, com el gas natural. La transició cap a l'ús de fonts de carboni més sostenibles, com el CO2 o l'e-syngas (CO+H2), habilitats per tecnologies de Captura, Emmagatzematge i Utilització de Carboni (CCUS), representa un desafiament per a satisfer de manera econòmica la creixent demanda de metanol. L'optimització de catalitzadors més actius i selectius continua sent complicada, a causa del limitat coneixement d'estos sistemes catalítics complexos. Esta tesi aborda aspectes fisicoquímics fonamentals en catalitzadors de Cu per a la hidrogenació de CO i CO2 a metanol, incloent-hi efectes de promoció, distribució nanomètrica de centres metàl·lics i distàncies de transport superficial. Primer, s'analitza la relació entre els efectes de promoció Cu-òxid i la font de carboni utilitzada (CO o CO2). Es van dissenyar catalitzadors de Cu suportat ajustant l'acidesa dels centres de Lewis en la perifèria del Cu-òxid. Estudis d'activitat catalítica i tècniques espectroscòpiques, com FTIR in situ i adsorció de CO a baixa temperatura, van mostrar similituds en la hidrogenació de CO i CO2, com a energies d'activació (Ea) similars i l'ocupació predominant de centres àcids de Lewis per formiats. No obstant això, només una fracció xicoteta d'estos centres en la interfície Cu/òxid participa activament en la reacció, i estudis cinètics amb isòtops van revelar diferències clau en els mecanismes de reacció. A continuació, s'investiga la quantificació i optimització de la perifèria catalítica rellevant (CRP) en la interfície metall-òxid. Variant sistemàticament la distància entre nanopartícules en catalitzadors Cu/ZrO2 i utilitzant espectroscopía infraroja de modulació-excitació, es van quantificar l'abundància i dinàmica dels intermediaris actius en funció de la distància entre nanopartícules de Cu, diferenciant-los de les espècies espectadores. Esta metodologia va identificar un espaiat òptim de ca. 7 nm, on la producció de metanol és màxima (>19 mmolMeOH mmolCu-1 h-1 a 513 K), i va demostrar com el solapament de la CRP entre nanopartícules afecta el control cinètic dels passos elementals en la reacció. Finalment, la tesi explora els efectes de les distàncies de transport superficial entre centres de Cu metàl·lic i llocs àcids de Lewis en Zr(IV) en la hidrogenació de CO2. Es van estudiar distancies Cu-ZrO2 de nanòmetres a micròmetres, revelant que la falta de contacte directe entre nanocristalls de Cu i llocs de Lewis en ZrO2 disminuïx la producció de metanol i la selectivitat. Els resultats suggerixen que l'"spillover" d'hidrogen des de Cu cap a intermediaris en ZrO2 es torna cinèticament rellevant en augmentar la distància entre els centres, subratllant la importància de la cooperació entre llocs per a optimitzar la síntesi de metanol. En conjunt, els resultats proporcionen nous coneixements sobre la cooperació de llocs actius i els efectes nanoespaciales en mecanismes bifuncionales, que resulten essencials per a optimitzar racionalment els processos de síntesis de metanol a partir de COX en catalitzadors de Cu suportats. / [EN] The expectant and optimistic policies currently adopted by international institutions to achieve Net Zero Emission scenarios to mitigate the effects of climate change have encouraged the transition towards greener solutions in the energy and chemical sectors. The so-called Methanol Economy has been proposed as a viable alternative approach to store, distribute, and utilize renewable energy and carbon. This strategy uses methanol and its derivatives to meet the demand for both energy and platform chemicals, with its main advantages being its well-established production, versatility, and ease of storage and transport using the existing fuel infrastructure. Currently, methanol is primarily produced from mixtures of CO/CO2/H2 derived from non-renewable sources, mainly natural gas. However, transitioning to more sustainable carbon sources, such CO2 or e-syngas (CO+H2), available in the context of Carbon Capture, Storage, and Utilization (CCUS) technologies, remains technologically challenging to meet the current and anticipated methanol demand feasibly. The design and optimization of more active and selective catalysts for these processes is still a hurdle to overcome, primarily due to the limited fundamental understanding of the complex catalytic systems involved. Therefore, this thesis investigates physicochemical aspects, such as promotional effects, metal (nano)spatial distribution, and surface transport distances, which are still in debate in the hydrogenation of CO2 and CO to methanol using Cu-based catalysts. This thesis investigates the role of oxide promotion in Cu-based methanol synthesis catalysts, with a focus on how this effect varies based on the reactant (CO or CO2) used. It designs Cu catalysts with tunable Lewis acid (LA) strength at the Cu-oxide periphery, which is explored through catalytic activity analyses and spectroscopic methods (in situ FTIR and low-temperature FTIR with CO adsorption). Findings reveal that while CO and CO2 hydrogenation share similar energy barriers (Ea) and predominantly involve formate occupation on LA sites, they exhibit key mechanistic differences. These include kinetic isotope effects and the role of hydroxyls in formate formation during CO hydrogenation, showing how specific site interactions affect the catalytic pathway. The thesis also addresses the engineering and quantification of the catalysis-relevant periphery (CRP) at metal-oxide interfaces. By controlling Cu nanoparticle spacing in Cu/ZrO2-supported catalysts with consistent nanoparticle sizes, and using Modulation-Excitation Infrared Spectroscopy, the research measures the dynamics of surface reaction intermediates and distinguishes them from spectator species. This method allows identification of an optimal Cu nanoparticle spacing (~7 nm) for enhanced methanol production (>19 mmolMeOH mmolCu-1 h-1 at 513 K), showing that CRP overlap influences rate-limiting steps in the methanol synthesis process. Finally, the thesis investigates surface transport phenomena, specifically hydrogen spillover, between Cu and Zr(IV) sites in CO2 hydrogenation. By analyzing Cu-ZrO2 spacings from nanometers to micrometers, it finds that indirect contact between Cu and Lewis acidic ZrO2 sites, even at the nanoscale, leads to lower methanol formation rates and selectivity. Results suggest that as the distance between Cu and LA sites increases, surface transport, likely involving hydrogen spillover from Cu to ZrO2-stabilized CO2 intermediates, becomes increasingly relevant. Together, these findings emphasize the importance of nanospatial arrangement and site cooperation in optimizing catalytic performance for methanol synthesis from CO and CO2 feedstocks. Considering together, the results provide new insights into site cooperation and nanospatial effects in bifunctional mechanisms, the understanding of which emerges as essential to rationally optimize methanol synthesis processes by conversion of COx feedstocks on supported Cu catalysts. / López Luque, I. (2024). Bifunctional and Nanospatial Effects in Copper Catalysts for Methanol Synthesis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213880

Tesis por compendio / [ES] La tesis doctoral se centra en el diseño eficiente de sistemas de control en red NCS aplicados a Vehículos Autónomos No Tripulados (UxVs), empleando técnicas de muestreo no convencional y control basado en eventos. La investigación aborda desafíos inherentes a los NCS, como el desorden y la pérdida de datos en la comunicación, limitaciones en el ancho de banda de la red, recursos computacionales y energéticos limitados, así como retrasos temporales variables. Se presentan cuatro artículos que contribuyen al tema. El primer y el segundo proponen un control de seguimiento de trayectoria Pure Pursuit para un vehículo terrestre no tripulado (UGV) de tracción en dos ruedas y a cuatro ruedas omnidireccionales, respectivamente, abordando la discrepancia en las frecuencias de muestreo uniforme y no uniforme, respectivamente. El uso de un filtro de Kalman extendido bifrecuencia (DREKF) y no uniforme (NUDREKF), respectivamente, permite estimar las mediciones no disponibles a frecuencia rápida y diseñar un controlador dinámico eficiente con la muestras compensadas por el filtro, logrando hacer un seguimiento efectivo de la trayectoria. Ambos artículos presentan el uso de herramientas de simulación avanzadas como Simscape Multibody que presentan una mayor fidelidad con la realidad. Este tipo de modelado presenta la problemática de la caracterización de parámetros, la cual se resuelve utilizando técnicas que emplean datos de experimentación reales, como se describe en el primer artículo. El tercer artículo presenta una metodología de síntesis de control para robots móviles con configuración diferencial bajo retrasos temporales variables y restricciones de saturación de entrada. Se propone un método de control basado en funciones no lineales estáticas suaves, demostrando convergencia garantizada hacia una posición objetivo con una tasa de decaimiento exponencial. En este artículo empleamos el simulador de Simscape del primer artículo para la simulación realista junto a las técnicas de estimación no uniforme del segundo artículo para la experimentación. El cuarto artículo introduce una estructura de control eficiente en el uso de recursos para el control remoto de seguimiento de trayectorias de vehículos autónomos basada en una combinación integral de filtrado de Kalman, muestreo de bifrecuencia no uniforme, comunicación activada por eventos periódicos y técnicas de control basadas en predicciones de h-pasos adelante, junto a una simulación que permite retardos y pérdidas de paquetes simulando una red inalámbrica. Este enfoque, validado mediante simulación y experimentación en una plataforma robótica holonómica de ruedas omnidireccionales, que ha sido mejorada a partir de la desarrollada en el artículo 2, demuestra una reducción significativa en el uso de recursos computacionales en la parte local en comparación con soluciones de control convencionales junto a un seguimiento de trayectoria satisfactorio. Adicionalmente, destacar que la estabilidad de media cuadrática es asegurada para el NUDREKF. En conjunto, estos artículos contribuyen al diseño eficiente de sistemas de control en red aplicados a UxVs, superando desafíos como retrasos temporales, variabilidad en las frecuencias de muestreo y limitaciones de recursos, y demostrando su efectividad a través de simulaciones realistas y experimentos prácticos. / [CA] La tesi doctoral es centra en el disseny eficient de Sistemes de Control en Xarxa (NCS) aplicats a Vehicles Autònoms No Tripulats (UxVs), emprant tècniques de mostreig no convencional i control basat en esdeveniments. La investigació aborda desafiaments inherents als NCS, com el desorde i la pèrdua de dades en la comunicació, limitacions en l'amplada de banda de la xarxa, recursos computacionals i energètics limitats, així com retards temporals variables. Es presenten quatre articles que contribuïxen al tema. El primer i el segon proposen un control de seguiment de trajectòria Pure Pursuit per a un vehicle terrestre no tripulat (UGV) de tracció en dos rodes i a quatre rodes omnidireccionals, respectivament, abordant la discrepància en les taxes de mostreig uniforme i no uniforme, respectivament. L'ús d'un filtre de Kalman estés bifreqüència (DREKF) i no uniforme (NUDREKF), respectivament, permet estimar els mesuraments no disponibles a freqüència ràpida i dissenyar un controlador dinàmic eficient amb la mostres compensades pel filtre, aconseguint fer un seguiment efectiu de la trajectòria. Tots dos articles presenten l'ús de ferramentes de simulació avançades com Simscape Multibody que presenten una major fidelitat amb la realitat. Este tipus de modelatge presenta la problemàtica de la caracterització de paràmetres, la qual es resol utilitzant tècniques que empren dades d'experimentació reals, com es descriu en el primer article. El tercer article presenta una metodologia de síntesi de control per a robots mòbils amb configuració diferencial sota retards temporals variables i restriccions de saturació d'entrada. Es proposa un mètode de control basat en funcions no lineals estàtiques suaus, demostrant convergència garantida cap a una posició objectiu amb una taxa de decaïment exponencial. En este article emprem el simulador de Simscape Multibody del primer article per a la simulació realista junt a les tècniques d'estimació no uniforme del segon article per a l'experimentació. El quart article introduïx una estructura de control eficient en l'ús de recursos per al control remot de seguiment de trajectòries de vehicles autònoms basada en una combinació integral de filtrat de Kalman, mostreig de bifreqüència no uniforme, comunicació activada per esdeveniments periòdics i tècniques de control basades en prediccions d'h-passos avant, al costat d'una simulació que permet retards i pèrdues de paquets simulant una xarxa sense fil. Este enfocament, validat mitjançant simulació i experimentació en una plataforma robòtica holonómica de rodes omnidireccionals, que ha sigut millorada a partir de la desenvolupada en l'article 2, demostra una reducció significativa en l'ús de recursos computacionals en la part local en comparació amb solucions de control convencionals al costat d'un seguiment de trajectòria satisfactori. Addicionalment, cal destacar que l'estabilitat mitjana quadràtica és assegurada per al NUDREKF. En conjunt, estos articles contribuïxen al disseny eficient de sistemes de control en xarxa aplicats a UxVs, superant desafiaments com a retards temporals, variabilitat en les freqüències de mostreig i limitacions de recursos, i demostrant la seua efectivitat a través de simulacions realistes i experiments pràctics. / [EN] The doctoral thesis focuses on the efficient design of Networked Control Systems (NCS) applied to Unmanned Autonomous Vehicles (UxVs), employing non-conventional sampling techniques and event-based control. The research addresses inherent challenges in NCS, such as packet disorder and data loss in communication, network bandwidth limitations, limited computational and energy resources, as well as variable time delays. Four articles are presented, contributing to the topic. The first and second articles propose a Pure Pursuit trajectory tracking control for a two-wheel drive Unmanned Ground Vehicle (UGV) and a four-wheel omnidirectional vehicle, respectively, addressing the discrepancy in uniform and non-uniform sampling rates, respectively. The use of uniform Dual-Rate Extended Kalman Filter (DREKF) and non-uniform Dual-Rate Extended Kalman Filter (NUDREKF) enables estimation of high-rate unavailable measurements and design of efficient dynamic controllers with filter-compensated samples, achieving effective trajectory tracking. Both articles employ advanced simulation tools such as Simscape Multibody, which provide higher fidelity to reality. This type of modeling addresses the problem of parameter characterization, which is resolved using techniques employing real-world experimental data, as described in the first article. {The third article presents a control synthesis methodology for mobile robots with differential configuration under variable time delays and input saturation constraints. A control method based on smooth static nonlinear functions is proposed, demonstrating guaranteed convergence to a target position with an exponential decay rate. In this article, we use the Simscape Multibody simulator for realistic simulation as in the first article, along with the non-uniform estimation techniques from the second article for experimentation. The fourth article introduces a resource-efficient control structure for remote trajectory tracking control of autonomous vehicles, based on a comprehensive combination of Kalman filtering, non-uniform dual-rate sampling, periodic event-triggered communication, and h-steps ahead prediction-based control techniques, alongside a simulation that incorporates delays and packet losses to simulate a wireless network. This approach, validated through simulation and experimentation on a holonomic omnidirectional-wheeled robotic platform modeled in the second article, demonstrates significant reduction in computational resource usage on the local side compared to conventional control solutions, along with satisfactory trajectory tracking. Additionally, it is worth highlighting that the stability of the NUDREKF is guaranteed through stability conditions. Together, these articles contribute to the efficient design of NCS applied to UxVs, overcoming challenges such as time delays, variability in sampling rates, and resource limitations, and demonstrating their effectiveness through realistic simulations and practical experiments. / This PhD research was part of the R+D+i Project, Grant RTI2018-096590-B- I00 (Research, Development and Innovation projects - "Research Challengues"), funded by MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 (Ministry of Science, Innova- tion and Universities - Spanish government) and by Europe "ERDF A way of making Europe". And grant for predoctoral contracts for the training of doc- tors, Grant PRE2019-088467 funded by MCIN/AEI/10.13039 /501100011033 and by Europe "ESF Investing in your future". / Carbonell Lázaro, R. (2024). Efficient Design of Wireless Networked Control Systems Applied to UxVs using Non-Conventional Sampling and Event-Based Control Techniques [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213211 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] Los objetivos de negocio guían el conjunto de actividades que realizan las organizaciones y, en muchos casos, cómo se realizan. Específicamente, para describir cómo se llevan a cabo estas actividades (en qué orden, en qué condiciones, etc.) las organizaciones suelen utilizar procesos de negocios. Además, cuando estas actividades se realizan de forma descentralizada, como, por ejemplo, distribuidas entre diferentes organizaciones o unidades de negocio, las arquitecturas de microservicios se convierten en una solución conveniente para implementar dichos procesos. Esto se debe a que las arquitecturas de microservicios permiten descomponer un sistema en pequeños bloques independientes que se centran en capacidades empresariales únicas. Sin embargo, identificar los microservicios que van a participar en el sistema y también componerlos para satisfacer los objetivos de la organización, no es una tarea trivial. Además, aunque los objetivos de negocio dirigen las actividades que llevan a cabo las organizaciones, normalmente no se consideran de forma explicita al diseñar procesos de negocio. Como resultado, existe una falta de alineación explicita entre los objetivos y los procesos de negocio y, de una forma indirecta, también entre las composiciones de microservicios que implementarán el proceso de negocio y los objetivos. En este contexto, en esta tesis presentamos una aproximación basada en un Desarrollo Dirigido por Modelos que nos ayuda a identificar a los microservicios que participarán en un sistema a partir de los objetivos de negocio de una organización. Además, también nos permite relacionar objetivos con procesos de negocio y generar una composición de microservicios alineada con los objetivos. Asimismo, en este trabajo también queremos apoyar la evolución de las composiciones creadas con nuestra aproximación. Actualmente, no es realista pensar que una composición, una vez diseñada, no necesitará evolucionar para adaptarse frente a cambios. Por esta razón, en esta tesis también presentamos una aproximación para apoyar la evolución de una composición de microservicios. Para lograr esto, primero definimos un catálogo de reglas de adaptación para conocer las adaptaciones necesarias para introducir un cambio en la composición; segundo implementamos un bucle de control MAPE-K para automatizar la selección de reglas; y, en tercer lugar, diseñamos un protocolo de evolución para asegurar que la regla de adaptación seleccionada se ha aplicado en la composición. / [CA] Els objectius de negoci guien el conjunt d'activitats que fan les organitzacions i, en molt casos, com es fan. Específicament, per descriure com es duen a terme aquestes activitats (en quin ordre, en quines condicions, etc.), les organitzacions solen utilitzar processos de negocis. A més, quan aquestes activitats es realitzen de forma descentralitzada, per exemple, distribuïdes entre diferents organitzacions o unitats de negoci, les arquitectures de microserveis es converteixen en una solució convenient per implementar aquests processos. Això és degut a que les arquitectures de microserveis permetin descompondre un sistema en petits blocs independents que se centren en capacitats empresarials úniques. Tot i això, identificar els microserveis que participaran en el sistema i també compondre'ls per satisfer els objectius de l'organització, no es una tasca trivial. A més, encara que els objectius de negoci dirigeixen les activitats que duen a terme les organitzacions, normalment no es consideren de manera explícita en el disseny de processos de negoci. Com a resultat, hi ha una manca d'alineació explícita entre el objectius i els processos de negoci i, d'una manera indirecta, també entre les composicions de microserveis que implementaran el procés de negoci i els objectius. En aquest context, en aquesta tesi presentem una aproximació basada en un Desenvolupament Dirigit per Models que ens ajuda a identificar els microserveis que participaran en un sistema a partir dels objectius de negoci d'una organització. A més, també ens permet relacionar objectius amb processos de negoci i generar una composició de microserveis alineada amb els objectius. Així mateix, també volem donar suport a l'evolució de les composicions creades amb la nostra aproximació. Actualment, no és realista pensar que una composició, una vegada dissenyada, no necessitarà evolucionar per adaptar-se davant de canvis. Per això, en aquesta tesi també presentem una aproximació per donar suport a l'evolució d'una composició de microserveis. Per aconseguir-ho, primer definim un catàleg de regles d'adaptació per conèixer les adaptacions necessàries per introduir un canvi a la composició; segon implementem un bucle de control MAPE-K per automatitzar la selecció de regles; i, en tercer lloc, dissenyem un protocol d'evolució per assegurar que la regla d'adaptació seleccionada s'hagi aplicat a la composició. / [EN] Business goals guide the set of activities that organizations do and, in many cases, how these are performed. Specifically, to describe how these activities are carried out (i.e., in which order, under which conditions, etc.,) organizations usually make use of business processes. In addition, when these activities are performed in a decentralized way, i.e., distributed among different organizations or business units, microservices architecture becomes a convenient solution to implement such processes. This is because microservices architecture allows decomposing the system into small independent blocks that focus on single business capabilities. This allows each organization or business unit to focus on a specific business capability independently from the others. However, when a business process must be implemented through microservices, these must be coordinated in a microservice composition. Identifying the microservices that will participate in the system and coordinating them into a microservice composition to satisfy the organization's goals is not a trivial task. Besides, even though business goals direct the activities that organizations undertake, these are commonly not explicitly considered when designing business processes, i.e., these are not considered as first-class elements in the design. As a result, there is a lack of explicit alignment between goals and business processes, and also, indirectly between the underlying microservices composition that implements these business processes and the goals. Within this context, in this thesis work, we present a Model-Driven Development approach that helps us to first identify the microservices that will participate in a system based on the business goals of an organization, and then allow us to relate goals to business processes and generate microservices compositions that implement these processes. Furthermore, in this thesis, we also want to support the evolution of the composition created with our approach. Currently, it is not realistic to think that a composition, once designed, will not need to evolve to adapt it to changes. For this reason, we present an approach to support the evolution of a microservices composition. To achieve this, we first define a catalogue of adaptation rules to face changes in a microservices composition; second, we implement a MAPE-K control loop to automate the selection of the rules that apply to the identified change; and third, we design an evolution protocol to ensure that the selected adaptation rule has been applied in the composition. / This work is part of the PID2020-114480RB-I00 R&D&I project funded by MCIN/AEI. It is also supported by the Research and Development Aid Program (PAID-01-21) of the UPV and funded with the Aid to First Research Projects (PAID-06-22), Research Vice-Rectorate of the Polytechnic University of Valencia (UPV). / Ortiz Amaya, J. (2024). An MDD approach for microservices composition. Facing identification and evolution issues to support business process execution [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213396 / Compendio

[ES] La presente Tesis Doctoral se centra en la síntesis, caracterización y optimización de nanoestructuras de óxido de wolframio (WO3) y nanoestructuras híbridas de WO3-MoO3 mediante anodizado electroquímico. Estas nanoestructuras se emplean como fotocatalizadores para la degradación de contaminantes y como ánodos para baterías de ion de litio. El WO3 destaca por sus propiedades semiconductoras, ópticas y eléctricas excepcionales. En aplicaciones medioambiental, las nanoestructuras de WO3 son de gran interés para la fotoelectrocatalisis, un proceso prometedor para la degradación de contaminantes en el agua. El WO3 destaca como fotoánodo debido a su fotoestabilidad, alta conductividad eléctrica y capacidad de absorción de la luz visible. En el campo energético, el WO3 muestra un gran potencial como ánodo en baterías de ion de litio ya que su estructura cristalina permite la inserción y extracción eficiente de iones de litio, mejorando la capacidad de almacenamiento y la durabilidad de las baterías gracias a su estabilidad electroquímica. Para mejorar las nanoestructuras de WO3, se ha estudiado su combinación con óxido de molibdeno (MoO3). El molibdeno, con propiedades químicas y estructurales similares al wolframio, facilita la deposición efectiva en las nanoestructuras de WO3, ajusta el ancho de banda prohibida, mejora la conductividad, la difusión iónica y reduce la recombinación de portadores de carga. Esta combinación de óxidos resulta en una mayor eficiencia electroquímica, haciendo de las nanoestructuras híbridas WO3-MoO3 una solución prometedora para aplicaciones energéticas. En primer lugar, se sintetizaron las nanoestructuras de WO3, estudiando la influencia de la temperatura de calentamiento tras la síntesis y la adición de disolventes en el electrolito de síntesis. La temperatura óptima fue de 600 °C, obteniendo nanoestructuras cristalinas con excelentes propiedades fotoelectroquímicas. Además, se demuestra que la incorporación de disolventes en el electrolito de síntesis influye significativamente en las propiedades de las nanoestructuras, obteniendo que la adición de un 50 % de isopropanol en el electrolito mejora notablemente sus propiedades electroquímicas. En segundo lugar, se sintetizaron nanoestructuras híbridas de WO3- MoO3·añadiendo diferentes concentraciones de molibdato al electrolito de síntesis. La concentración de 0,1 M de molibdato produjo nanoestructuras con propiedades electroquímicas superiores, destacándolas como prometedoras para su uso como ánodo en baterías. Las nanoestructuras fueron exhaustivamente caracterizadas morfológica, estructural, química, electroquímica y fotoelectroquímicamente. Por último, las nanoestructuras con mejores propiedades fotoelectroquímicas y electroquímicas se emplearon como ánodo en aplicaciones medioambientales y energéticas, respectivamente. En el ámbito medioambiental, se evaluó la eficiencia de las nanoestructuras en la degradación de disruptores endocrinos pertenecientes a diferentes familias químicas, así como sus mezclas y su toxicidad. Las nanoestructuras de WO3 demostraron ser efectivas, logrando una degradación del 100 % de pesticidas, parabenos y fenoles en menos de 4 horas. Sin embargo, la técnica no fue eficiente para eliminar ftalatos, generando productos finales más tóxicos. En el ámbito energético, se estudió el rendimiento de las nanoestructuras como ánodos en baterías de ion de litio, considerando también el impacto del electrolito. La nanoestructura híbrida WO3-MoO3 mostró el mejor rendimiento cuando se utilizó un electrolito que combinaba bisoxalato borato de litio (LiBOB) con aditivos y solventes adicionales. Este trabajo ofrece una contribución significativa al desarrollo de soluciones sostenibles para problemas medioambientales y energéticos, subrayando el potencial de las nanoestructuras de WO3 y WO3-MoO3. / [CA] La present Tesi Doctoral se centra en la síntesi, caracterització i optimització de nanoestructures d'òxid de wolframi (WO3) i nanoestructures híbrides de WO3-MoO3 mitjançant anodització electroquímica. Aquestes nanoestructures s'utilitzen com a fotocatalitzadors per a la degradació de contaminants i com a ànodes per a bateries d'ió de liti. El WO3 destaca per les seues propietats semiconductores, òptiques i elèctriques excepcionals. En aplicacions mediambientals, les nanoestructures de WO3 són de gran interès per a la fotoelectrocatalisi, un procés prometedor per a la degradació de contaminants en l'aigua. El WO3 destaca com a fotoànode per la seua fotoestabilitat, alta conductivitat elèctrica i capacitat d'absorció de la llum visible. En el camp energètic, el WO3 mostra un gran potencial com a ànode en bateries d'ió de liti ja que la seua estructura cristal·lina permet la inserció i extracció eficient d'ions de liti, millorant la capacitat d'emmagatzematge i la durabilitat de les bateries gràcies a la seua estabilitat electroquímica. Per a millorar les nanoestructures de WO3, s'ha estudiat la seua combinació amb òxid de molibdè (MoO3). El molibdè, amb propietats químiques i estructurals similars al wolframi, facilita la deposició efectiva en les nanoestructures de WO3, ajusta l'amplada de banda prohibida, millora la conductivitat, la difusió iònica i redueix la recombinació de portadors de càrrega. Això resulta en una major eficiència electroquímica, fent de les nanoestructures híbrides WO3-MoO3 una solució prometedora per a aplicacions energètiques. En primer lloc, es van sintetitzar les nanoestructures de WO3, estudiant la influència de la temperatura de calentament després de la síntesi i l'addició de dissolvents en l'electròlit de síntesi. La temperatura òptima va ser de 600 °C, obtenint nanoestructures cristal·lines amb excel·lents propietats fotoelectroquímiques. A més, es demostra que la incorporació de dissolvents en l'electròlit de síntesi influeix significativament en les propietats de les nanoestructures, obtenint que l'addició d'un 50 % d'isopropanol en l'electròlit millora notablement les seues propietats electroquímiques. En segon lloc, es van sintetitzar nanoestructures híbrides de WO3-MoO3 afegint diferents concentracions de molibdat a l'electròlit de síntesi. La concentració de 0,1 M de molibdat va produir nanoestructures amb propietats electroquímiques superiors, destacant-les com a prometedores per al seu ús com a ànode en bateries. Les nanoestructures van ser exhaustivament caracteritzades morfològicament, estructuralment, químicament, electroquímicament i fotoelectroquímicament. Finalment, les nanoestructures amb millors propietats fotoelectroquímiques i electroquímiques s'utilizaren com a ànode en aplicacions mediambientals i energètiques, respectivament. En l'àmbit mediambiental, s'avaluà l'eficiència de les nanoestructures en la degradació de disruptors endocrins pertanyents a diferents famílies químiques, així com una mescla d'ells i la seua toxicitat. Les nanoestructures de WO3 demostraren ser efectives, aconseguint una degradació del 100 % de pesticides, parabens i fenols en menys de 4 hores. No obstant això, la tècnica no va ser eficient per a eliminar ftalats, generant productes finals més tòxics. En l'àmbit energètic, s'estudià el rendiment de les nanoestructures com a ànodes en bateries d'ió de liti, considerant també l'impacte de l'electròlit. La nanoestructura híbrida WO3-MoO3 mostrà el millor rendiment quan s'utilitzà un electròlit que combinava bis(oxalat)borat de liti (LiBOB) amb additius i dissolvents addicionals. Aquest treball ofereix una contribució significativa al desenvolupament de solucions sostenibles per a problemes mediambientals i energètics, subratllant el potencial de les nanoestructures de WO3 i WO3-MoO3. / [EN] This Doctoral Thesis focuses on the synthesis, characterization, and optimization of tungsten oxide (WO3) nanostructures and hybrid WO3-MoO3 nanostructures through electrochemical anodization. These nanostructures are used as photocatalysts for contaminant degradation and as anodes for lithium-ion batteries. WO3 stands out for its exceptional semiconductor, optical, and electrical properties. In environmental applications, WO3 nanostructures are of great interest for photoelectrocatalysis, a promising process for contaminant degradation in water. WO3 is highly effective as a photoanode due to its photostability, high electrical conductivity, and visible light absorption capacity. In the energy field, WO3 shows great potential as an anode in lithium-ion batteries because its crystalline structure allows efficient insertion and extraction of lithium ions, improving storage capacity and battery durability thanks to its electrochemical stability. To improve WO3 nanostructures, their combination with molybdenum oxide (MoO3) has been studied. Molybdenum, with chemical and structural properties similar to tungsten, facilitates effective deposition in WO3 nanostructures, adjusts the bandgap, improves conductivity, ionic diffusion, and reduces charge carrier recombination. This results in greater electrochemical efficiency, making hybrid WO3-MoO3 nanostructures a promising solution for energy applications. Firstly, WO3 nanostructures were synthesized, studying the influence of the annealing temperature and the addition of solvents to the synthesis electrolyte. The optimal temperature was 600 °C, obtaining crystalline nanostructures with excellent photoelectrochemical properties. Additionally, it was demonstrated that the incorporation of solvents in the synthesis electrolyte significantly influences the properties of the nanostructures, showing that the addition of 50 % isopropanol in the electrolyte notably improves their electrochemical properties. Secondly, hybrid WO3-MoO3 nanostructures were synthesized by adding different concentrations of molybdate to the synthesis electrolyte. The concentration of 0.1 M molybdate produced nanostructures with superior electrochemical properties, making them promising for use as anodes in batteries. The nanostructures were exhaustively characterized morphologically, structurally, chemically, electrochemically, and photoelectrochemically. Finally, the nanostructures with the best photoelectrochemical and electrochemical properties were used as anodes in environmental and energy applications, respectively. In the environmental field, the efficiency of the nanostructures in the degradation of endocrine disruptors from different chemical families, as well as their mixtures and toxicity, was evaluated. WO3 nanostructures proved to be effective, achieving 100 % degradation of pesticides, parabens, and phenols in less than 4 hours. However, the technique was not efficient in eliminating phthalates, generating more toxic final products. In the energy field, the performance of the nanostructures as anodes in lithium-ion batteries was studied, also considering the impact of the electrolyte. The hybrid WO3-MoO3 nanostructure showed the best performance when an electrolyte combining Lithium bis(oxalate)borate (LiBOB) with additional additives and solvents was used. This work offers a significant contribution to the development of sustainable solutions for environmental and energy problems, highlighting the potential of WO3 and WO3-MoO3 nanostructures. / Agradezco al Ministerio de Universidades por la ayuda predoctoral recibida para la realización de la presente Tesis Doctoral (FPU19/02466). También al Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, por la concesión de los proyectos CTQ2016-79203-R (2016) y PID2019-105844RB-I00 (2019) en los cuales he podido participar durante la Tesis Doctoral. Además, agradezco la financiación a la Red Española de Investigación E3TECH-PLUS (RED2022- 134552-T, MICINN/AEI). / Cifre Herrando, M. (2024). Nanotecnología con WO3 y aplicaciones: Degradación fotoelectroquímica de disruptores endocrinos y ánodos avanzados para baterías de ion de litio [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211319

[ES] La industria vitivinícola contemporánea enfrenta varios desafíos clave: optimizar la producción, minimizar la huella ambiental, reducir costos y mejorar la calidad del vino. La integración de la tecnología y herramientas de teledetección ha demostrado ser una solución eficiente para estos problemas. La agricultura de precisión, que incluye el manejo del riego, evaluación y control del follaje, y la identificación de los mejores emplazamientos para cada variedad de uva, es especialmente beneficiosa para esta industria. Un aspecto crucial en la producción de vino es el seguimiento de la madurez de las bayas de uva, mediante la determinación del contenido de azúcar y acidez, lo cual permite establecer la fecha óptima de vendimia. Tras la producción del vino, se evalúan su color y contenido de polifenoles, indicadores de calidad. Las imágenes satelitales son fundamentales en la teledetección para la agricultura de precisión, permitiendo monitorear la salud de los viñedos y controlar las condiciones meteorológicas. Este estudio utilizó imágenes satelitales para relacionar parámetros de calidad del vino (pre y poscosecha) con índices y bandas espectrales derivadas de las imágenes Sentinel-2 obtenidas antes de la cosecha. La investigación abarcó las temporadas de vendimia de 2017 y 2018, estudiando 135.8 hectáreas de viñedos de uvas Cabernet Sauvignon en la comuna de Marchigüe, Valle de Colchagua, Chile Central. El objetivo principal fue desarrollar modelos utilizando índices y variables espectrales de imágenes Sentinel-2 para aproximar parámetros de calidad de uva y vino, como °Brix y pH, así como índice de color, antocianinas totales y fenoles totales del vino. Se espera que estos modelos, aplicados en toda la superficie de trabajo, permitan una gestión diferenciada del cultivo, mejorando la calidad del vino al predecir indicadores pre y poscosecha que influyen en las características sensoriales y la diferenciación de marcas. En las variables precosecha, las bandas de onda corta y el índice de vegetación son más frecuentes, mientras que en las variables poscosecha destacan las bandas de borde rojo, infrarrojo cercano y el índice de humedad. Estos resultados sugieren la necesidad de realizar más estudios o explorar otras especies. Las imágenes satelitales se valoran como herramientas valiosas para mejorar el proceso artesanal y obtener vinos de mejor calidad, destacando la metodología de trabajo adaptable a diversas condiciones ambientales. Uno de los hallazgos más interesantes es la determinación del periodo fisiológico óptimo para el análisis predictivo, específicamente la quincena previa a la vendimia, permitiendo una planificación precisa y oportuna del proceso de cosecha y proporcionando datos esenciales para los enólogos. En cuanto a los coeficientes de determinación obtenidos para °Brix, índice de color y antocianinas totales en la primera temporada, los resultados son altamente positivos, con valores entre 65% y 77%, lo que sugiere una predicción fiable y contribuye a la definición de la cosecha selectiva. Otras variables muestran relaciones menos concluyentes, con coeficientes de determinación entre 42% y 57% en las campañas 2017 y 2018, indicando la necesidad de mejorar el estudio mediante un mayor número de muestras o refinando el proceso de muestreo. Los resultados positivos y la disponibilidad de imágenes satelitales ofrecen la oportunidad de identificar áreas para estudios detallados y cosechas diferenciadas. La selección precisa de uvas con características similares es crucial para mejorar la calidad y productividad del vino. Este estudio resalta la viabilidad de la teledetección y la vendimia selectiva como herramientas clave para gestionar la calidad y estilo del vino, proporcionando nuevas perspectivas en la viticultura. / [CA] La indústria vitivinícola contemporània enfronta diversos reptes clau: optimitzar la producció, minimitzar la petjada ambiental, reduir costos i millorar la qualitat del vi. La integració de la tecnologia i les eines de teledetecció ha demostrat ser una solució eficient per a aquests problemes. L'agricultura de precisió, que inclou el maneig del reg, avaluació i control del fullatge, i la identificació dels millors emplaçaments per a cada varietat de raïm, és especialment beneficiosa per a aquesta indústria. Un aspecte crucial en la producció de vi és el seguiment de la maduresa de les baies de raïm, mitjançant la determinació del contingut de sucre i acidesa, cosa que permet establir la data òptima de verema. Després de la producció del vi, se n'avaluen el color i el contingut de polifenols, indicadors de qualitat. Les imatges satel·litàries són fonamentals en la teledetecció per a l'agricultura de precisió, permetent monitoritzar la salut de les vinyes i controlar les condicions meteorològiques. Aquest estudi va utilitzar imatges satelitals per relacionar paràmetres de qualitat del vi (pre i postcollita) amb índexs i bandes espectrals derivades de les imatges Sentinel-2 obtingudes abans de la collita. La investigació va abastar les temporades de verema de 2017 i 2018, estudiant 135.8 hectàrees de vinyes de raïm Cabernet Sauvignon a la comuna de Marchigüe, Vall de Colchagua, Xile Central. L'objectiu principal va ser desenvolupar models utilitzant índexs i variables espectrals d'imatges Sentinel-2 per aproximar paràmetres de qualitat de raïm i vi, com °Brix i pH, així com índex de color, antocianines totals i fenols totals del vi. S'espera que aquests models, aplicats a tota la superfície de treball, permetin una gestió diferenciada del cultiu, millorant la qualitat del vi en predir indicadors pre i postcollita que influeixen en les característiques sensorials i la diferenciació de marques. A les variables precollita, les bandes d'ona curta i l'índex de vegetació són més freqüents, mentre que a les variables postcollita destaquen les bandes de vora vermella, infraroig proper i l'índex d'humitat. Aquests resultats suggereixen la necessitat de fer més estudis o explorar altres espècies. Les imatges satel·litàries es valoren com a eines valuoses per millorar el procés artesanal i obtenir vins de millor qualitat, destacant la metodologia de treball adaptable a diverses condicions ambientals. Una de les troballes més interessants és la determinació del període fisiològic òptim per a l'anàlisi predictiva, específicament la quinzena prèvia a la verema, permetent una planificació precisa i oportuna del procés de collita i proporcionant dades essencials per als enòlegs. Pel que fa als coeficients de determinació obtinguts per a °Brix, índex de color i antocianines totals a la primera temporada, els resultats són altament positius, amb valors entre 65% i 77%, cosa que suggereix una predicció fiable i contribueix a la definició de la collita selectiva. Altres variables mostren relacions menys concloents, amb coeficients de determinació entre 42% i 57% a les campanyes 2017 i 2018, indicant la necessitat de millorar l'estudi mitjançant un nombre més gran de mostres o refinant el procés de mostreig. Els resultats positius i la disponibilitat d'imatges satel·litals ofereixen l'oportunitat d'identificar àrees per a estudis detallats i collites diferenciades. La selecció precisa de raïms amb característiques similars és crucial per millorar la qualitat i la productivitat del vi. Aquest estudi ressalta la viabilitat de la teledetecció i la verema selectiva com a eines clau per gestionar la qualitat i estil del vi, proporcionant noves perspectives a la viticultura. / [EN] The contemporary wine industry faces several key challenges: optimizing production, minimizing the environmental footprint, reducing costs and improving wine quality. The integration of remote sensing technology and tools has proven to be an efficient solution to these problems. Precision agriculture, which includes irrigation management, canopy assessment and control, and the identification of the best sites for each grape variety, is especially beneficial for this industry. A crucial aspect of wine production is the monitoring of grape berry maturity by determining the sugar and acidity content, which allows the optimal harvest date to be established. After the wine is produced, its color and polyphenol content, quality indicators, are evaluated. Satellite imagery is fundamental in remote sensing for precision agriculture, allowing the health of vineyards to be monitored and weather conditions to be controlled. This study used satellite imagery to relate wine quality parameters (pre- and post-harvest) to indices and spectral bands derived from Sentinel-2 images obtained prior to harvest. The research covered the 2017 and 2018 harvest seasons, studying 135.8 hectares of Cabernet Sauvignon grape vineyards in the commune of Marchigüe, Colchagua Valley, Central Chile. The main objective was to develop models using indices and spectral variables from Sentinel-2 images to approximate grape and wine quality parameters, such as °Brix and pH, as well as color index, total anthocyanins and total phenols of the wine. It is expected that these models, applied across the entire work area, will allow for differentiated crop management, improving wine quality by predicting pre- and postharvest indicators that influence sensory characteristics and brand differentiation. In the pre-harvest variables, shortwave bands and vegetation index are more frequent, while in the post-harvest variables, red-edge bands, near infrared and moisture index stand out. These results suggest the need to conduct further studies or explore other species. Satellite images are valued as valuable tools to improve the artisanal process and obtain better quality wines, highlighting the work methodology adaptable to diverse environmental conditions. One of the most interesting findings is the determination of the optimal physiological period for predictive analysis, specifically the fortnight prior to harvest, allowing precise and timely planning of the harvest process and providing essential data for winemakers. Regarding the coefficients of determination obtained for °Brix, color index and total anthocyanins in the first season, the results are highly positive, with values between 65% and 77%, suggesting a reliable prediction and contributing to the definition of selective harvesting. Other variables show less conclusive relationships, with coefficients of determination between 42% and 57% in the 2017 and 2018 seasons, indicating the need to improve the study by increasing the number of samples or refining the sampling process. The positive results and the availability of satellite images offer the opportunity to identify areas for detailed studies and differentiated vintages. Accurate selection of grapes with similar characteristics is crucial to improve wine quality and productivity. This study highlights the feasibility of remote sensing and selective harvesting as key tools for managing wine quality and style, providing new perspectives in viticulture. / Fredes Castro, SN. (2024). Modelación de parámetros de calidad de uva vinífera con índices satelitales provenientes de imágenes de resolución espacial media para el manejo diferenciado de viñedos en Chile [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211473

[ES] La fabricación aditiva, de sus siglas en inglés AM (Additive Manufacturing) es un proceso que construye objetos sólidos tridimensionales mediante la superposicióon de materiales basados en un modelo de diseño asistido por ordenador. La AM está llamada a convertirse en la próxima revolución industrial, transformando el panorama del desarrollo y la producción. La AM ofrece numerosas ventajas, como posibilidades de diseño complejas y flexibles, la eliminación de procesos intermedios como el mecanizado, la independencia de los costes de producción del tamaño de los lotes, la reducción de los residuos de material, las estructuras ligeras, las reparaciones personalizadas de las máquinas y la capacidad de desarrollar nuevos materiales, entre otras ventajas. En las tecnologías de fabricación aditiva que emplean un rayo láser como fuente de energía, la materia prima inicial (en forma de polvo o cable) es fundida por la fuente de calor láser de forma controlada, capa a capa, hasta crear un componente con dimensiones finales o casi finales. Estas tecnologías implican someter el material impreso a un proceso térmico único, en el que el material se funde en un área muy específica y luego se enfría rápidamente a velocidades extremadamente altas de hasta 10^6 K/s. Por lo tanto, las microestructuras que surgen de los procesos de fabricación en AM difieren significativamente de las que se consiguen en los procesos tradicionales. Además, los materiales que se emplean principalmente en la AM no se han diseñado explícitamente para estas tecnologías. Las características específicas de los procesos de AM pueden utilizarse para lograr microestructuras y propiedades distintas en aceros que han sido adaptados para aprovechar las rápidas velocidades de enfriamiento y la historia térmica del proceso, entre otros factores. Por el momento, el número de calidades de acero comerciales disponibles en el mercado de la AM es limitado. Diversas industrias demandan nuevos grados de acero con menor densidad para disminuir el peso sin comprometer las propiedades mecánicas. Los aceros con alto contenido en manganeso se consideran materiales muy prometedores para aplicaciones estructurales debido a su excepcional combinación de resistencia y ductilidad, con una baja densidad. Sin embargo, a pesar de sus excepcionales propiedades, los aceros con alto contenido en manganeso se enfrentan a diversas limitaciones o retos durante las técnicas de procesado convencionales. Afortunadamente, la solidificación rápida puede resolver estos problemas. En este sentido, las tecnologías de AM basadas en láser proporcionan velocidades de enfriamiento rápidas, así como flexibilidad en términos de diseño geométrico. Los nuevos retos de estas tecnologías implicarán la microsegregación y el agrietamiento en caliente o hot cracking en inglés, que se producen durante la solidificación. Esta tesis está dedicada a explotar el método CALPHAD para realizar cálculos termodinámicos con el fin de diseñar varios aceros con alto contenido en manganeso que puedan prevenir eficazmente los problemas de solidificación rápida en AM. Las composiciones de acero diseñadas se produjeron en forma de polvo para AM mediante atomización con gas. Se analizaron los polvos para determinar su microestructura en relación con la química y la velocidad de enfriamiento. Ajustando adecuadamente los parámetros de impresión, estos polvos de acero con alto contenido en manganeso se imprimieron con éxito en AM, dando lugar a densidades relativas superiores al 99.9%. Se analizó la microestructura de estas muestras totalmente densas y se comparó con sus respectivos polvos, con el fin de identificar cualquier diferencia resultante de las variaciones en la velocidad de enfriamiento y los ciclos térmicos. Por último, tras definir el mejor conjunto de condiciones de impresión para cada composición de polvo, se produjeron varias muestras para evaluar las propiedades mecánicas. / [CA] La fabricació additiva, de les seues sigles en anglés AM (Additive Manufacturing) és un procés que construïx objectes sòlids tridimensionals mitjançant la superposició de materials basats en un model de disseny assistit per ordinador. L'AM està cridada a convertir-se en la pròxima revolució industrial, transformant el panorama del desenvolupament i la producció. L'AM oferix nombrosos avantatges, com a possibilitats de disseny complexes i flexibles, l'eliminació de processos intermedis com el mecanitzat, la independència dels costos de producció de la grandària dels lots, la reducció dels residus de material, les estructures lleugeres, les reparacions personalitzades de les màquines i la capacitat de desenvolupar nous materials, entre altres avantatges. En les tecnologies de fabricació additiva que empren un raig làser com a font d'energia, la matèria primera inicial (en forma de pols o filferro) és fosa per la font de calor làser de manera controlada, capa a capa, fins a crear un component amb dimensions finals o quasi finals. Estes tecnologies impliquen sotmetre el material imprés a un procés tèrmic únic, en el qual el material es funde en una àrea molt específica i després es refreda ràpidament a velocitats extremadament altes de fins a 10^6 K/s. Per tant, les microestructures que sorgixen dels processos de fabricació en AM diferixen significativament de les que s'aconseguixen en els processos tradicionals. A més, els materials que s'empren principalment en l'AM no s'han dissenyat explícitament per a estes tecnologies. Les característiques específiques dels processos d'AM poden utilitzar-se per a aconseguir microestructures i propietats diferents en acers que han sigut adaptats per a aprofitar les ràpides velocitats de refredament i la història tèrmica del procés, entre altres factors. De moment, el nombre de qualitats d'acer comercials disponibles en el mercat de l'AM és limitat. Diverses indústries demanden nous graus d'acer amb menor densitat per a disminuir el pes sense comprometre les propietats mecàniques. Els acers amb alt contingut en manganés es consideren materials molt prometedors per a aplicacions estructurals a causa de la seua excepcional combinació de resistència i ductilitat, amb una baixa densitat. No obstant això, malgrat les seues excepcionals propietats, els acers amb alt contingut en manganés s'enfronten a diverses limitacions o reptes durant les tècniques de processament convencionals. Afortunadament, la solidificació ràpida pot resoldre estos problemes. En este sentit, les tecnologies d'AM basades en làser proporcionen velocitats de refredament ràpides, així com flexibilitat en termes de disseny geomètric. Els nous reptes d'estes tecnologies implicaran la microsegregació i l'esquerdament en calent, o hot cracking en anglés, que es produïxen durant la solidificació. Esta tesi està dedicada a explotar el mètode CALPHAD per a realitzar càlculs termodinàmics amb la finalitat de dissenyar diversos acers amb alt contingut en manganés que puguen previndre eficaçment els problemes de solidificació ràpida en AM. Les composicions d'acer dissenyades es van produir en forma de pols per a AM mitjançant atomització amb gas. Es van analitzar les pólvores per a determinar la seua microestructura en relació amb la química i la velocitat de refredament. Ajustant adequadament els paràmetres d'impressió, estes pólvores d'acer amb alt contingut en manganés es van imprimir amb èxit en AM, donant lloc a densitats relatives superiors al 99.9%. Es va analitzar la microestructura d'estes mostres totalment denses i es va comparar amb les seues respectives pólvores, amb la finalitat d'identificar qualsevol diferència resultant de les variacions en la velocitat de refredament i els cicles tèrmics. Finalment, desprès de definir el millor conjunt de condicions d'impressió per a cada composició de pols, es van produir diverses mostres per a avaluar les propietats mecàniques. / [EN] Additive manufacturing (AM) is a process that builds three-dimensional solid objects by layering materials based on a computer-aided design model. AM is set to become the next industrial revolution, transforming the landscape of development and production. AM provides numerous benefits, including complex and flexible design possibilities, the elimination of intermediate processes like machining, production cost independence from batch size, reduced material waste, lightweight structures, customized machine repairs, and the ability to develop new materials, among other advantages. In additive manufacturing technologies that employ a laser beam as an energy source, the initial raw material (in the form of powder or wire) is melted by the laser heat source in a controlled manner, layer by layer, until a component with final or nearly final dimensions is created. These technologies involve subjecting the printed material to a unique thermal process, where the material is melted in a very specific area and then rapidly cooled at extremely high rates of up to 10^6 K/s. Hence, the microstructures that arise from the manufacturing processes in AM differ significantly from those achieved in traditional processes. Moreover, the materials predominantly employed in AM have not been explicitly designed for these technologies. The specific characteristics of AM processes can be utilized to achieve distinct microstructures and properties in steels that have been tailored to take advantage of the rapid cooling rates and thermal history of the process, among other factors. For the moment, the number of commercial steel grades available in the AM market is limited. Various industries are demanding new steel grades with lower density to decrease weight without compromising mechanical properties. High manganese steels are regarded as highly promising materials for structural applications due to their exceptional combination of strength and ductility, with low density. Nevertheless, despite the exceptional properties of high manganese steels, they encounter various limitations or challenges during conventional processing techniques. Fortunately, rapid solidification may solve these issues. In this sense, laser-based AM technologies provide rapid cooling rates, as well as flexibility in terms of geometric design. The new challenges of these technologies will involve micro-segregation and hot cracking occurring during solidification. This thesis is dedicated to exploiting the CALPHAD method to perform thermodynamic calculations in order to design various high manganese steels that can effectively prevent fast solidification issues in AM. The steel compositions designed were produced in the form of powder for AM using gas atomization. Powders were analyzed to determine their microstructure in relation to the chemistry and cooling rate. By adjusting properly, the printing parameters, these high manganese steel powders were successfully printed in AM, resulting in relative densities exceeding 99.9%. The microstructure of these fully dense samples was analyzed and compared to their respective powders, in order to identify any difference resulting from variations in cooling rate and thermal cycling. Lastly, after defining the best set of printing conditions for each powder composition, various samples were produced to evaluate the mechanical properties, to determine the correlation between the composition, microstructure and properties of these steels. In addition, lattice structures that are close to final part geometries were constructed to quantify the energy absorbed during compression by one of these high manganese steels. The results were then compared to those of 316L, revealing that the high manganese steel absorbs roughly twice as much the specific energy in compression. This finding demonstrates the potential of these novel AM steels for use in industrial applications. / Sánchez Poncela, M. (2024). Design of High Mn Fe-Mn-Al-C Low Density Steels for Additive Manufacturing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205174

[ES] En los últimos años, la preocupación mundial con el aumento de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero ha motivado a las industrias del transporte y la energía a moverse hacia el desarrollo de tecnologías sostenibles con bajas o nulas emisiones de contaminantes de plantas de generación de potencia. Con este escenario, la oxicombustión surge como uno de los métodos más prometedores para mitigar la huella ambiental de plantas de generación de potencia, al erradicar sus emisiones contaminantes del tubo de escape, además de permitir la captura de dióxido de carbono (CO2) de sus gases producidos en la combustión. De esta manera, el oxígeno puro (O2) se diluye con el gas de escape recirculado para que reaccione con el combustible en el proceso de combustión y, de este modo, la corriente de gases de escape, compuesta principalmente por CO2 y vapor de agua, puede ser sometida a etapas elementales de enfriamiento y presurización para capturar CO2 de alta pureza a temperatura ambiente. Dado este contexto, en esta tesis, se desarrolla un modelo de sistema autosostenible a oxicombustión con captura de carbono para un motor policilíndrico de encendido por compresión (MEC) de 2,2 litros turboalimentado y de inyección directa como demostración de viabilidad de este concepto propuesto, considerando su aplicación potencial para el desarrollo de plantas de potencia de altas prestaciones con cero emisiones. En tales circunstancias, se emplea una membrana conductora mixta iónica-electrónica para generar O2 a partir del aire local. Para ello, se recupera la energía residual de los gases de escape mediante un ciclo Brayton adaptado con el fin de proporcionar las condiciones adecuadas para el correcto funcionamiento de la membrana en términos de temperatura y relación de presión alimentación-permeado. Asimismo, se diseña un sistema de captura de carbono (CC) local, compuesto esencialmente por dos compresores alternativos, tres unidades de refrigeración con separación de líquidos (flashes) y un tanque de almacenamiento de CO2, teniendo en cuenta las temperaturas de salida de los flashes y la presión de funcionamiento de la última etapa de purificación del CO2. En primer lugar, se diseña el modelo del sistema de oxicombustión con el motor y sus componentes auxiliares (intercambiadores de calor y turbocompresores) y, a continuación, el sistema es evaluado bajo condiciones de oxicombustión para la curva de plena carga del motor desde 1250 rpm hasta 3500 rpm en ausencia del CC, contrastando sus resultados con el comportamiento del MEC convencional de referencia. En segundo lugar, se amplía el mapa de funcionamiento de carga del motor de oxicombustión hasta los límites de estabilidad del sistema modificando el dosado oxígeno-combustible y la temperatura de los gases de escape para tres regímenes del motor. Por último, se diseña el CC y se lo acopla a la unidad de generación de O2, reciclando el agua y el exceso de O2 del CC de nuevo a la admisión del motor. A este respecto, un barrido es llevado a cabo sobre el inicio de la inyección y el flujo másico de agua recirculada para encontrar el punto de funcionamiento óptimo a 3500 rpm con respeto a la compensación entre las prestaciones del motor y la potencia de refrigeración adicional. A continuación, se mejora y adapta el modelo del sistema completo de oxicombustión con captura de carbono para una aplicación realista a escala de laboratorio y una prueba de concepto experimental, siguiendo la misma filosofía de compensación. Aunque el diseño final del motor de oxicombustión con captura de carbono presenta un ligero empeoramiento de prestaciones comparado con el MEC convencional de referencia a 3500 rpm, este nuevo concepto propuesto puede seguir siendo competitivo desde el punto de vista de la eficiencia energética como tecnología emergente que puede contribuir a la concepción de plantas de generación de potencia con emisiones cero a escala industrial comercial. / [CA] En els darrers anys, la preocupació mundial amb l'augment de les emissions antropogèniques de gasos d'efecte hivernacle ha motivat les indústries del transport i l'energia a moure's cap al desenvolupament de tecnologies sostenibles amb baixes o nul·les emissions de contaminants de plantes de generació de potència. Amb aquest escenari, l'oxicombustió sorgeix com un dels mètodes més prometedors per mitigar l'empremta ambiental de plantes de generació de potència, en eradicar les emissions contaminants del tub d'escapament, a més de permetre la captura de diòxid de carboni (CO2) dels seus gasos produïts a la combustió. D'aquesta manera, l'oxigen pur (O2) es dilueix amb el gas d'escapament recirculat perquè reaccioni amb el combustible en el procés de combustió i així el corrent de gasos d'escapament, compost principalment per CO2 i vapor d'aigua , pot ser sotmesa a etapes elementals de refredament i pressurització per capturar CO2 d'alta puresa a temperatura ambient. Atès aquest context, en aquesta tesi, es desenvolupa un model de sistema autosostenible a oxicombustió amb captura de carboni per a un motor policilíndric d'encesa per compressió (MEC) de 2,2 litres turboalimentat i d'injecció directa com a demostració de viabilitat d'aquest concepte proposat , considerant la seva aplicació potencial per al desenvolupament de plantes de potència d'altes prestacions amb zero emissions. En aquestes circumstàncies, es fa servir una membrana conductora mixta iònica-electrònica per generar O2 a partir de l'aire local. Per això, es recupera l'energia residual dels gasos d'escapament mitjançant un cicle Brayton adaptat per tal de proporcionar les condicions adequades per al funcionament correcte de la membrana en termes de temperatura i relació de pressió alimentació-permeat. Així mateix, es dissenya un sistema de captura de carboni (CC) local, compost essencialment per dos compressors alternatius, tres unitats de refrigeració amb separació de líquids (flaixos) i un tanc d'emmagatzematge de CO2, tenint en compte les temperatures de sortida dels flaixos i la pressió de funcionament de l'última etapa de purificació del CO2. En primer lloc, es dissenya el model del sistema d'oxicombustió amb el motor i els seus components auxiliars (intercanviadors de calor i turbocompressors) i, a continuació, el sistema és avaluat sota condicions d'oxicombustió per a la corba de plena càrrega del motor des de 1250 rpm fins a 3500 rpm en absència del CC, contrastant els resultats amb el comportament del MEC convencional de referència. En segon lloc, s'amplia el mapa de funcionament de càrrega del motor d'oxicombustió fins als límits d'estabilitat del sistema modificant el dosatge oxigen-combustible i la temperatura dels gasos d'escapament per a tres règims del motor. Finalment, es dissenya el CC i l'acobla a la unitat de generació d'O2, reciclant l'aigua i l'excés d'O2 del CC de nou a l'admissió del motor. Quant a això, un escombrat és dut a terme sobre l'inici de la injecció i el flux màssic d'aigua recirculada per trobar el punt de funcionament òptim a 3500 rpm respecte a la compensació entre les prestacions del motor i la potència de refrigeració addicional. A continuació, es millora i s'adapta el model del sistema complet d'oxicombustió amb captura de carboni per a una aplicació realista a escala de laboratori i una prova de concepte experimental, seguint la mateixa filosofia de compensació. Tot i que el disseny final del motor d'oxicombustió amb captura de carboni presenta un lleuger empitjorament de prestacions comparat amb el MEC convencional de referència a 3500 rpm, aquest nou concepte proposat pot continuar sent competitiu des del punt de vista de l'eficiència energètica com a tecnologia emergent que pot contribuir a la concepció de plantes de generació de potència amb emissions zero a escala industrial comercial. / [EN] In recent years, a worldwide concern with respect to an increase in anthropogenic greenhouse gas emissions has pushed transport and energy industries towards the development of sustainable technologies with low or zero pollutant emissions from powerplants. Within this scenarios, oxy-fuel combustion arises as one of the most promising methods to mitigate the environmental footprint of powerplants, by eradicating their pollutant tailpipe emissions, in addition to enabling carbon dioxide (CO2) capture from their flue gas. In this case, pure oxygen (O2) is diluted with recirculated exhaust gas to react with fuel for the combustion process and, thereby, the exhaust stream, mainly composed of CO2 and water vapor, may be subjected to elementary cooling and pressurizing steps for capturing high-purity CO2 at ambient temperature. Therefore, in this thesis, a self-sustaining oxy-fuel carbon-capture layout model is developed for a 2.2 liter turbocharged and direct-injection multicylinder compression ignition engine (CIE) as a feasibility demonstration of this proposed concept considering its potential application for development of zero-emission high-duty powerplants. In such circumstances, a mixed ionicelectronic conducting membrane is employed to generate O2 from air in-situ. For this purpose, exhaust gas wasted energy is recovered via a tailored Brayton cycle in order to provide suitable conditions for proper membrane operation in terms of temperature and feed-permeate pressure ratio. Also, an in-situ carbon capture system (CC), composed essentially of two reciprocating compressors, three cooling units with liquid separation (flashes) and a CO2 storage tank, is designed taking into account the flash out temperatures and operating pressure of the last CO2 purification step. Firstly, the oxy-fuel layout model with engine and its auxiliary components (heat exchangers and turbochargers) is designed and then assessed under oxyfuel combustion conditions for the engine full-load curve from 1250 rpm to 3500 rpm in the absence of the CC, contrasting its outputs against the baseline conventional multi-cylinder CIE behavior. Secondly, the oxy-fuel powerplant load operation map is extended until system stability limits by modifying oxygen-fuel ratio and exhaust gas temperature for three engine speeds. Finally, the CC is designed and then coupled to the O2 generation unit, recycling water and excess of O2 from CC back to engine intake. In this regard, start of injection and recirculated water mass flow are swept in order to find out optimum operating point concerning the trade-off between powerplant performance and additional cooling power at 3500 rpm. Thereafter, the complete oxy-fuel carbon-capture layout model is enhanced and adapted for realistic application at laboratory scale and experimental proof of concept, following same trade-off philosophy. Although the final oxyfuel carbon-capture engine layout presents slight deterioration in performance if compared to the baseline conventional multi-cylinder CIE at 3500 rpm, this proposed novel concept may be still energy-efficient competitive as an emerging technology which might contribute for conception of zero-emission powerplant on commercial industrial scale. / Farias Da Silva, VH. (2024). Study of oxy-fuel combustion-based power plants with in-situ O2 production and carbon capture [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207281