La movilidad del transporte en España, en el modo ferroviario de ancho ibérico convencional, ha registrado entre los años 1975 y 2009 un aumento de 130 millones de kms‐tren en el año 1975 a 180 millones de kms‐tren en el año 2009, incluidos el transporte de viajeros y el de mercancías. En el servicio de viajeros, el público exige cada vez mayor rapidez de transporte y comodidad para reducir la duración de los viajes, valorando especialmente el elevado nivel actual de la seguridad ferroviaria y en el servicio de mercancías, además de la seguridad por el valor de las mercancías, el cumplimiento del plazo de transporte, origen ‐ destino, de gran importancia para las empresas. El aumento de recorridos en millones de kms‐tren mencionado ha ido acompañado de un aumento de la velocidad máxima, que ha pasado de 120 km/h en 1975 a 160 km/h en 2009, sucesivamente. Por lo tanto ha aumentado también el riesgo, elevando así el reto para conseguir una disminución de los accidentes. La experiencia en la historia del ferrocarril y muy especialmente en el periodo que se analiza en este estudio 1975‐2009, constata que la seguridad en esta modalidad de transporte esta muy relacionada con factores tan importantes como la infraestructura de la vía, la superestructura, los sistemas de gestión, el material y el factor humano, lo que induce al autor a establecer la hipótesis de una correlación entre estos elementos y el nivel de seguridad. El autor de este trabajo, profesional ferroviario que ha desempeñado responsabilidades ejecutivas y directivas, siempre en línea, en la Red Ferroviaria de Interés General Española, y entre ellas la gestión del mantenimiento del material, explotación, investigación de causas de accidentes y su prevención, estima poseer la formación y experiencia suficiente, para estudiar y analizar si los avances tecnológicos y operativos están detrás (o son la causa) de la evolución positiva registrada, como consta en las aportaciones realizadas a lo largo de la vida profesional, recogidas en la bibliografía de la tesis. El objeto del estudio es establecer la correlación que pueda existir entre la notable reducción de accidentes registrados en la Red Ferroviaria de Interés General, en el período, 1975‐2009 y las aplicaciones tecnológicas realizadas al objeto de identificar cuáles han tenido un impacto mayor, en la mejora de la seguridad. El interés de este conocimiento de nivel elevado basado en la experiencia de RENFE y en un periodo de 35 años, no solo es académico ya que la seguridad requiere un esfuerzo continuado y porque el nivel elevado de seguridad alcanzado por RENFE y la mayoría de Operadores Ferroviarios Europeos, no se ha alcanzado por otros Operadores. Los accidentes recientes en la estación de Once, próxima a Buenos Aires y la de Chalupki en Polonia, indican que todavía queda mucho por hacer y entendemos, que las conclusiones objetivas de este trabajo serán de extraordinaria utilidad para aquellos otros Operadores que a diferencia de RENFE, tienen todavía mucho que realizar en el campo de la seguridad. / The transport mobility in Spain , in the Iberian gauge rail so conventional, recorded between 1975 and 2009 an increase of 130 million kms- train in 1975 to 180 million train kms- 2009, including passenger transport and freight. In passenger service, the public demands rapidly growing transport and comfort to reduce travel time, especially valuing the present high level of railway safety and freight service, and security for the value of goods, transport term compliance, origin - destination of great importance for companies. The increase of route million train kms- mentioned has been accompanied by an increase in speed, which has grown from 120 km / h in 1975 to 160 km / h in 2009, on. Thus the risk has also increased , raising the challenge to achieve a decrease in accidents. Experience in railroad history and especially in the period analyzed in this study 1975-2009 , notes that security in this mode of transport is closely related to important factors such as road infrastructure, the superstructure, the management systems, the material and the human factor, which induces the author to establish the hypothesis of a correlation between these elements and the security level . The author of this work, has played professional railway executive and managerial responsibilities, always online, in General Interest Railway Network Spanish, and management including maintenance of equipment, operation, investigation of causes of accidents and their prevention, estimated to have sufficient training and experience, to study and analyze whether technological and operational advances are behind (or are the cause ) of the positive developments, as reflected in the contributions made throughout professional life, reported in the literature of the thesis. The purpose of the study is to establish the correlation that may exist between the significant reduction in accidents in the General Interest Railway Network in the period 1975-2009 and technological applications performed in order to identify which have had a major impact on improved security. The interest of this high level knowledge based on the experience of RENFE and over a period of 35 years, not only is academic since security requires sustained effort and because the high level of safety attained by RENFE and most Railway Operators Europe has not been achieved by other operators. Recent Accidents Eleven station near Buenos Aires and the Chalupki in Poland, indicate that there is still much to do and understand, that the factual findings of this study will be extremely useful for those other operators RENFE unlike, still have much to do in the field of security.

L’ocratoxina A (OTA) és una micotoxina produïda per vàries espècies de fongs del gènere Aspergillus i Penicillium. L’OTA és una de les micotoxines més ubiques, ja que a nivell mundial s’ha trobat en una gran varietat d’aliments tant d’origen vegetal com d’animal. Els productes per a consum humà elaborats a base de cereals són el grup d’aliments que presenta una major contaminació d’OTA. El vi és un altre aliment que freqüentment es troba contaminat amb OTA i que pot tenir una important contribució en quan a l’exposició humana d’aquesta micotoxina. Estudis realitzats en rosegadors han demostrat que l’OTA és capaç de promoure el desenvolupament de tumors renals i hepàtics. L’Agència Internacional per a la Investigació del Càncer (IARC) ha classificat l’OTA dins el grup 2B (possible compost carcinogen per als humans), ja que les dades que demostren la carcinogenicitat de l’OTA en humans encara són insuficients. Aquesta tesi doctoral consta de dos objectius generals: i) avaluar la bioaccessibilitat de l’OTA en vi negre i, ii) avaluar la citotoxicitat, genotoxicitat i la modulació de l’expressió genètica per a l’OTA. En el cas de la bioaccessibilitat de l’OTA, es va dur a terme un estudi en vi negre amb tres nivells de contaminació d’OTA (1,0-4,0 μg/L) en un sistema in vitro de digestió dinàmica simulada. Els resultats d’aquest estudi van demostrar que l’OTA és altament bioaccessible en suc gàstric (103-128%) però és poc bioaccessible en el suc intestinal (<26%). Addicionalment, en aquest mateix sistema es va avaluar la transformació de l’OTA a OTα i es va observar que la quantitat de OTα generada durant la digestió gàstrica va variar entre el 5,1-19,1%, mentre que en el compartiment intestinal no va excedir el 5%. L’avaluació de la citotoxicitat de l’OTA es va dur a terme mitjançant diversos assajos in vitro i tres tipus de cultius cel·lulars (els limfòcits humans i les línies cel·lulars Caco-2 i HepG2). Els assajos de viabilitat van demostrar que baixes dosis d’OTA (0,075-45 μM) no causen viabilitats per sota del 65%. Aplicant aquestes mateixes dosis, després de 24 hores d’exposició, es va detectar un dany significatiu en la integritat de la membrana cel·lular de les cèl·lules Caco-2 diferenciades i un efecte citostàtic en els limfòcits humans tractats amb 15 μM d’OTA. x En el cas de les cèl·lules Caco-2, es va estudiar l’efecte de l’exposició a baixes dosis d’OTA, sola o de forma conjunta amb la micotoxina deoxinivalenol (DON), i es va avaluar el presumpte efecte protector de l’antioxidant resveratrol (RES), el qual es troba naturalment present en el vi negre. La co-exposició a ambdues micotoxines va augmentar significativament la citotoxicitat de tots dos compostos en les cèl·lules Caco-2, sense produir un augment de les espècies reactives de l’oxigen (ERO). La co-exposició de l’OTA o el DON amb el ROS no va disminuir la citotoxicitat, al contrari, es va observar un augment de la citotoxicitat no associat a un augment en la producció de les ERO. Es van utilitzar dosis baixes d’OTA, inferiors a 45 μM, per avaluar l’expressió dels gens del sistema biotransformador de xenobiòtics (gens del grup CYP P450), així com la dels gens COX-2, LOX-5 i MRP2. Amb aquest objectiu es va utilitzar un sistema de co-cultiu de cèl·lules Caco-2 i HepG2 (plaques de cultiu transwell) per a simular l’absorció intestinal i el metabolisme hepàtic. Els resultats indiquen que l’OTA té gran capacitat per modular l’expressió dels gens estudiats al llarg del temps. En general es va observar que el temps d’exposició a l’OTA tenia un major efecte sobra la modulació dels gens i la integritat de la membrana (mesurada mitjançant la resistència elèctrica transepitelial) que no pas les diferents dosis de toxina utilitzades en els tractaments. En relació a l’avaluació de la genotoxicitat de l’OTA, s’ha demostrat que l’OTA és una micotoxina genotòxica capaç d’induir la formació de micronuclis en els limfòcits humans, així com, en un assaig cometa, incrementar el percentatge d’ADN en el cometa i provocar la seva acumulació en les cues dels cometes mitjançant un retràs en el sistema de reparació de l’ADN. Els resultats obtinguts indiquen que s’han d’invertir més esforços per tal d’entendre el mode d’acció de l’OTA, especialment tenint en compte la seva possible relació amb el desenvolupament del càncer en humans. Les troballes en referència a la citotoxicitat i la genotoxicitat de l’OTA a baixes dosis recolzen la teoria que l’OTA hauria de ser considerada carcinogènica sense llindar. / La ocratoxina A (OTA) es una micotoxina producida por varias especies de mohos de los géneros Aspergillus y Penicillium. Es bien conocido que la OTA es una de las micotoxinas más ubicuas, ya que se ha encontrado a nivel mundial en una gran variedad de alimentos tanto de origen vegetal como animal. Los productos para consumo humano elaborados a base de cereales son el grupo de alimentos que presenta una mayor contaminación por OTA. El vino es un alimento que se encuentra contaminado con frecuencia con OTA y que puede tener una importante contribución a la exposición humana a esta micotoxina. Estudios en roedores han demostrado que la OTA es capaz de promover el desarrollo de tumores renales y hepáticos. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) ha clasificado a la OTA en el grupo 2B (posible compuesto carcinógeno para el hombre), porque los datos que demuestran la carcinogenicidad de la OTA en humanos aún son insuficientes. Esta tesis doctoral tuvo dos objetivos generales: i) evaluar la bioaccesibilidad de la OTA en vino tinto, y ii) evaluar la citotoxicidad, genotoxicidad y la modulación de la expresión génica por la OTA. En el caso de la bioaccesibilidad de la OTA, se llevó a cabo un estudio en vino tinto con tres niveles de contaminación de OTA (1,0-4,0 μg/L) en un sistema in vitro de digestión dinámica simulada. Los resultados de este estudio mostraron que la OTA es altamente bioaccesible en jugo gástrico (103-128%), pero es poco bioaccesible en el jugo intestinal (<26%). Adicionalmente, en este sistema se evaluó también la transformación de la OTA a OTα, encontrando que la cantidad de OTα generada en la digestión gástrica varió entre el 5,1-19,1%, mientras que en el compartimento intestinal no excedió del 5%. La evaluación de la citotoxicidad de la OTA fue llevada a cabo usando varios ensayos in vitro, y tres tipos de cultivos celulares (linfocitos humanos, y las líneas celulares Caco-2 y HepG2). Los ensayos de viabilidad mostraron que bajas dosis de OTA (0,075-45 μM) no causan viabilidades por debajo del 65%. Aplicando estas mismas dosis, tras 24 h de exposición se detectó un daño significativo en la integridad de la membrana celular de las células Caco-2 diferenciadas y un efecto citostático en linfocitos humanos tratados con 15 μM de OTA. viii En el caso de las células Caco-2, se estudió el efecto de la exposición a bajas dosis de OTA, sola o de forma conjunta con la micotoxina deoxinivalenol (DON), y se evaluó el presunto efecto protector del antioxidante resveratrol (RES), compuesto naturalmente presente en el vino tinto. La co-exposición a ambas micotoxinas aumentó significativamente la citotoxicidad de ambos compuestos en las células Caco-2, sin aumentar por ello la producción de especies reactivas del oxígeno (ERO). La co-exposición de OTA o DON con RES no disminuyó la citotoxicidad, más bien al contrario, se observó un aumento de la citotoxicidad no asociado con un aumento en la producción de ERO. Se usaron dosis bajas de OTA, inferiores a 45 μM, para evaluar la expresión de genes del sistema biotransformador de xenobióticos (genes del grupo CYP P450), así como la de los genes COX-2, LOX-5, y MRP2. Para ello se empleó un sistema de co-cultivo de células Caco-2 y HepG2 (placas de cultivo transwell) para simular la absorción intestinal y el metabolismo hepático. Los resultados indican que la OTA es capaz de modular fuertemente la expresión de los genes estudiados a lo largo del tiempo, teniendo, por lo general, el tiempo de exposición a la OTA un mayor efecto sobre la modulación de los genes y la integridad de la membrana (medida por la resistencia eléctrica transepitelial) que las diferentes dosis de toxina utilizadas en los tratamientos. En cuanto a la evaluación de la genotoxicidad de la OTA, se ha demostrado que la OTA es un micotoxina genotóxica capaz de inducir formación de micronúcleos en linfocitos humanos, así como de, en un ensayo cometa, incrementar el porcentaje de ADN en el cometa, y causar la acumulación del mismo en las colas de los cometas mediante un retraso en el sistema de reparación del ADN. Los resultados obtenidos indican que se deben realizar mayores esfuerzos para entender el modo de acción de la OTA, especialmente teniendo en cuenta su posible relación con el desarrollo del cáncer en los seres humanos. Los hallazgos sobre la citotoxicidad y genotoxicidad de la OTA a bajas dosis apoyan la teoría de que la OTA debería de ser considerada un carcinógeno sin umbral. / Ochratoxin A (OTA) is a mycotoxin produced by certain fungal species of the genera Aspergillus and Penicillium. OTA is well known as a contaminant of a large variety of foods, feeds and beverages worldwide. Cereal-based foodstuffs are the most important OTA-contaminated foods for human consumption. Wine has been shown to be frequently contaminated with OTA and thus contributes significantly to human exposure to this mycotoxin. Studies in rodents show that exposure to OTA promotes the development of kidney and liver tumours. The International Agency for Research on Cancer (IARC) classified OTA in the group 2B (possibly carcinogenic to humans), because there are insufficient data about its carcinogenicity to humans. This PhD thesis had two general objectives: i) to assess the bioaccessibility of OTA in red wine, and ii) to assess OTA cytotoxicity, genotoxicity and gene expression modulation. With regard to OTA bioaccessibility, a study was conducted with red wine at three contamination levels (1.0-4.0 μg/L) using an in vitro dynamic digestion model. The results showed that OTA is highly bioaccessible in the gastric chyme (103-128%) but much less bioaccessible in the intestinal chyme (<26%). The digestion system was also used to evaluate the transformation of OTA to OTα; the amount of OTα generated in gastric digestion was found to range from 5.1% to 19.1%, while the amount generated in intestinal digestion did not exceed 5%. OTA cytotoxicity was evaluated by means of different in vitro assays with two human cell lines (Caco-2 and HepG2 cell lines) and primary human lymphocytes. Viability assays showed that low doses of OTA (0.075-45 μM) did not cause viabilities below 65%. At the same doses, significant damage was observed in the membrane integrity of differentiated Caco-2 cells and a cytostatic effect in lymphocytes treated with 15 μM OTA. In Caco-2 cells, the effect of exposure to low OTA doses, alone and in combination with the mycotoxin deoxynivalenol (DON), was evaluated, as was the apparent protective effect of the antioxidant resveratrol (RES), a natural compound found in red wine. Co-exposure to both mycotoxins significantly increased the cytotoxicity of both compounds in vi Caco-2 cells, without an increase in the generation of reactive oxygen species (ROS). Co-exposure to OTA or DON with RES did not diminish the cytotoxicity; on the contrary, an increase in the cytotoxicity was observed that was not associated with an increase in ROS production. OTA doses lower than 45 μM were used to assess the gene expression modulation of the xenobiotic transformation system (CYP P450 system genes), as well as of the COX-2, LOX-5, and MRP2 genes. To this end, the gene expression level was investigated in a co-culture system of Caco-2 and HepG2 (transwell culture plates) to simulate intestinal absorption and hepatic metabolism. The results suggest that OTA was able to strongly modulate gene expression over time, and that the time of exposure to OTA had a greater effect on expression gene and membrane integrity (as measured by transepithelial electrical resistance) than the dose of toxin used in the treatments. With regard to the OTA genotoxicity assessment, OTA was shown to be a genotoxic mycotoxin, because it was able to induce micronucleus (MN) formation in human lymphocytes. Moreover, in a comet assay, OTA increased the percentage of DNA in the comets and caused an accumulation of DNA in the comets’ tails by delaying the DNA repair pathway. Our results show that further research is needed to understand the mode of action of OTA, especially considering its possible association with human cancer development. Our findings on OTA cytotoxicity and genotoxicity at low doses support the theory that OTA should be considered a non-threshold carcinogen.

La investigació descrita en aquesta tesi es centra en la determinació de la influència de les pràctiques de maneig del cultiu, processament i les condicions d'emmagatzematge en la qualitat microbiològica de l'enciam mínimament processat i en l'estudi de les estratègies de mitigació per millorar la seva seguretat. S'ha estudiat l'efecte del sistema de producció, orgànica o convencional, de la qualitat microbiològica d'enciam fresc. Es va avaluar la transferència i la persistència de L. innocua i E. coli O157:H7 en els fulls d'enciam i en el sòl durant la tardor i la primavera utilitzant diferents mètodes de reg contaminats artificialment i el compost. La capacitat de L. monocytogenes, Salmonella i E. coli O157:H7 per créixer en enciam envasat en tres condicions d'atmosfera diferents creades per mitjà de la utilització de pel•lícules de diferents permeabilitats a dues temperatures d'emmagatzematge va ser evaluada. Es va examinar el potencial patogènic de dues soques de S. Typhimurium DT104, amb l'objectiu de mesurar la seva capacitat per sobreviure al tracte gastrointestinal simulat i d'adherir i envair cèl•lules diferenciades Caco-2, després d’una incubació seqüencial al sòl, l'enciam i enciam tallat emmagatzemat en condicions de MAP. En aquesta tesi l'efecte de millorar la microbiota d'enciam sotmesa a les diferents etapes de pre-condicionament en la supervivència de L. monocytogenes i E. coli O157:H7 com a mètode bioconservant també va ser avaluat. Finalment, s'ha estudiat l'ús de l'addició de bioconservants com a mètode per a controlar o reduir PTA en enciam mínimament processada. / La investigación descrita en esta tesis se enfoca en la determinación de la influencia de las prácticas de manejo del cultivo, procesamiento y condiciones de almacenamiento en la calidad microbiológica de la lechuga mínimamente procesada y en el estudio de las estrategias de mitigación para mejorar su seguridad. Se ha estudiado el efecto de los sistemas de producción, orgánico o convencional, en la calidad microbiológica de lechuga fresca. Se evaluó la transferencia y la persistencia de L. innocua y E. coli O157:H7 en las hojas de lechuga y en el suelo durante el otoño y la primavera, utilizando diferentes métodos de riego contaminado artificialmente y el compost. La capacidad de L. monocytogenes, Salmonella y E. coli O157:H7 para crecer en lechuga mínimamente procesada y envasada en tres diferentes condiciones de atmósfera, creada por la utilización de películas con diferentes permeabilidades a dos temperaturas de almacenamiento fue evaluada. Se examinó el potencial patogénico de dos cepas de S. Typhimurium DT104, con el objetivo de medir su capacidad para sobrevivir al tracto gastrointestinal simulado y de adherirse e invadir a las células diferenciadas Caco-2, después de la incubación secuencial en el suelo, lechuga y lechuga cortada almacenada en MAP. En esta tesis también se evaluó el efecto de aumentar la microbiota de lechuga sometida a las diferentes etapas de pre-acondicionamiento en la supervivencia de L. monocytogenes y E. coli O157:H7 como método bioconservante. Por último, se ha estudiado el uso de la adición de bioconservantes como método para controlar o reducir los PTA en lechuga mínimamente procesada. / The research described in this thesis is focused on the determination of the influence of field management practices, processing and storage conditions on the microbial quality of fresh-cut lettuce and on the study of mitigation strategies to enhance its safety. The effect of production system, organic or conventional, on the microbiological quality of fresh lettuce was studied. The transfer and persistence of L. innocua and E. coli O157:H7 on lettuce leaves and in soil during fall and spring using different artificially contaminated irrigation methods and compost was evaluated. The ability of L. monocytogenes, Salmonella and E. coli O157:H7 to grow on shredded lettuce packaged in three different atmosphere conditions created by means of using different permeability films at two storage temperatures was evaluated. The pathogenic potential of two S. Typhimurium DT104 strains was examined, with the aim to measure their capability to survive a simulated gastrointestinal tract system and to adhere to and invade differentiated Caco-2 cells, after sequential incubation into soil, lettuce and cut lettuce stored under MAP conditions. In this thesis the effect of enhancing native microbiota of lettuce submitted to different pre-conditioning steps on survival of L. monocytogenes and E. coli O157:H7 as a biopreservative method was also evaluated. Finally, the use of adding biopreservatives as a method to control or reduce FBP in fresh-cut lettuce was studied.

En termes de propulsió la rigidesa flexural i l'efecte terra en una placa rectangular en piteig pur han estat investigats. Velocimetria per imatges per partícules, mesures de forces i moments amb una cèl·lula de carga de 6 eixos, mesures de velocitat i adquisició d'imatges de la cinemàtica de la placa han estat realitzades per estudiar els patrons de flux i les forces hidrodinàmiques en plaques de diferent flexibilitat. La presència de la paret va millorar la velocitat de creuer fins a un 25% i l'empenta fins a un 45% per angles escombrats de 160 i 240 graus. El mecanisme físic sota aquest efecte és discutit estudiant els camps de vorticitat produïts per l'estela de l'aleta bioinspirada en un rajiforme. Les forces hidrodinàmiques linkejades a les tècniques de visualització, van permetre calcular eficiències i camps de vorticitat promitjats en fase. Aquestes dades van revelar com l'angle escombrat de la placa juga un paper fonamental en la distribució de moment en l'estela d'una placa rígida per incrementar la propulsió. En termes de rigidesa flexural, l'òptima flexibilitat va ser determinada amb una placa semi-flexible amb una eficiència d'un 69% amb un angle d'atac de 72 graus. / En términos de propulsión la rigidez flexural y el efecto suelo en una placa rectangular en puro picheo han sido investigados. Velocimetría de imágenes por partículas, medidas de fuerzas y momentos con una célula de carga de 6 ejes, medidas de velocidad y adquisiciones de imágenes de la cinemática de la placa han sido realizadas para estudiar los patrones de flujo y las fuerzas hidrodinámicas en placas con diferentes flexibilidad. La presencia de la pared mejoró la velocidad de crucero hasta en un 25% y el empuje hasta un 45% para ángulos barridos de 160 y 240 grados. El mecanismo físico bajo este efecto es discutido estudiando los campos de vorticidad producidos por la estela de la aleta bioinspirada en un rajiforme. Las fuerzas hidrodinámicas linkadas a las técnicas de visualización, permitieron calcular eficiencias y campos de vorticidad promediados en fase. Estos datos revelaron como el ángulo barrido de la placa juega un papel fundamental en la distribución de momento en la estela de un foil rígido para incrementar la propulsión. En términos de rigidez flexural la óptima flexibilidad fue determinada con la placa semi-flexible con una eficiencia de un 69% con un ángulo de ataque de 72 grados. / The roles of the chordwise flexural stiffness and ground effect in a rectangular plate undergoing in pure pitching motion have been investigated. Digital Particle image velocimetry (DPIV), load measurement with a 6-axes balance, measurements of the swimming speed and image acquisition of the kinematics of the foil have been done to study the flow patterns and hydrodynamics forces around the flapping flexible plates. The presence of the wall enhances the cruising velocity in some cases up to 25% and the thrust by a 45% , for swept angles of 160 and 240°. The physical mechanisms underlying of this effect are discussed by studying the vorticity dynamics in the wake of the foil. Experimental data of the hydrodynamic forces and moments allowed to obtain the efficiencies of the flapping propulsion. These load measurements were linked to the wakes of the flapping foils in order to reveal configurations with higher thrust. The momentum distribution in the wake of the foil has allowed the physical explanation for the cases with highest thrust production capacity. In terms of flexural stiffness, the optimum flexibility has been determined with the semi − flexible plate up to 69% of efficiency under a swept angle of 72 degrees for Re = O(10^4) tested in the investigation.

Promising technological applications of two-phase flows in space have captured the increasing interest of the space sector, provoking a strong demand for more fundamental knowledge. Great efforts have been made in recent decades to study the behavior of two-phase flows in low-gravity environments, which is expected to be different than the behavior observed in the presence of gravitational forces. Nevertheless, many phenomena are still poorly understood. The development of any of these new technologies demands a better knowledge of two-phase flows. In this manuscript we address questions regarding the generation of gas-liquid flows and their behavior in conditions relevant for a microgravity environment. In particular, we focus on an air-water mixture formed in a capillary T-junction. To this end, an experimental setup has been designed to accurately control both gas and liquid flow rates. We performed a quantitative characterization on ground of the T-junction, whose operation is robust to changes in gravity level. Its main performance is the generation of bubbles at a regular frequency with small size dispersion. We obtained two working regimes of the T-junction and identified the crossover region between them. Bubble, slug, churn and annular flow regimes have been observed during the experiments and a flow pattern map has been plotted. We present an experimental study on the bubble-slug transition in microgravity-related conditions. In addition, we address questions regarding the existence of a critical void fraction in order for the bubble-slug transition to occur. The gas-liquid flow has been characterized by measuring the bubble generation frequency as well as the bubble and liquid slug sizes. Since bubble dynamics is also expected to be different in the absence of buoyancy, the bubble velocity has also been studied. The mean void fraction appears as one relevant parameter that allows for the prediction of frequency, bubble velocity, and lengths. We propose curves obtained empirically for the behavior of generation frequency, the bubble velocity and the lengths. The dependence of the frequency on the Strouhal dimensionless number has been analyzed. A numerical study of the formation of mini-bubbles in a 2D T-junction by means of the fluid dynamics numerical code JADIM is also presented. Simulations were carried out for different flow conditions, giving rise to results on the bubble generation frequency, bubble velocity, void fraction and characteristic lengths. Numerical results have been then compared with experimental data.

Fuzzy Inductive Reasoning (FIR) is a modelling and simulation methodology capable of generating a qualitative input-output model of a system from real-valued trajectories of its physical variables. The functioning basis of FIR is to qualitatively learn the behaviour of a system from its past real data. This is an interesting feature when dealing with ill-defined, usually large-scale systems, for which an accurate description is not available but only data trajectories of the process.FIR finds in a (huge) search space model the so-called optimal mask that indicates which variables best explain any given output. Unfortunately, any algorithm that can find the optimal mask is necessarily of exponential complexity, i.e., the number of masks to be visited grows exponentially with the number of available input variables. This makes the FIR methodology, in its actual implementation, impractical for those cases in which it would be most useful, i.e., large-scale systems.The thesis discusses whether sub-optimal search algorithms or methods of pre-simplifying a large-scale system are most suitable for dealing effectively and efficiently with the problem of deriving qualitative FIR models for them. The mask search space of FIR must be reduced in order to compute a model of a large-scale system in an affordable amount of time. To this aim, basically two lines of thought are given in the present dissertation. The first one is to directly simplify the candidate mask that is proposed to FIR. This can be done either directly, by reducing the number of input variables to the FIR model, or indirectly, using sub-optimal mask search algorithms. Two new sub-optimal mask search algorithms are proposed. The first method is another variant of a hill-climbing technique, which results in a high-quality mask while still converging in polynomial time. The second method is a new variant of a statistical approach that is based on spectral coherence functions.The second line of research in this dissertation is to obtain a decomposition of the system into subsystems. This would allow obtaining a model of the system from its subsystems, which in turn reduces the computational time needed for the overall effort. Given a k-variable system, the cost of computing a unique k-variable model is much higher than computing a set of p models of jp < k variables. With these complementary lines of work, two complete methodologies can be proposed, each of which enables the construction of qualitative models of complex systems. The former, based in simplifying the number of potential inputs to the FIR models, is an energy-based method, capable of detecting the variables at given delays that are more closely related to the considered output of the system. The latter proposes a decomposition of the overall system into subsystems. With the research presented in this thesis, the FIR modelling capabilities have been extended with capabilities for modelling large-scale systems within a reasonable time.

La presente tesis doctoral se presenta en forma de compendio de publicaciones, en la cual se han desarrollado diversos Modelos Causales para ayudar en la toma de decisiones usando como herramienta principal las relaciones causa-efecto inherente del sistema. A continuación se describen brevemente los artículos incluidos en la tesis doctoral El artículo titulado “A CD&CR causal model based on path shortening/path stretching techniques” publicado por la revista Transportation Research Part C: Emerging Technologies esta enfocado hacia la investigación académica de alto nivel que aborda el desarrollo, las aplicaciones y consecuencias, de las nuevas tecnologías en el campo del transporte. El enfoque del modelo causal desarrollado en Redes de Petri Coloreadas aportan no solo una metodología innovativa per se, sino que su aplicación e implicaciones en la etapa de planificación, diseño, y gestión, es de particular interés en el rendimiento general del sistema de transporte aéreo. En artículo titulado "Revisiting the pallet loading problem using a discrete event system approach to minimise logistic costs” publicado en la revista International Journal of Production Research (IJPR) se presenta un modelo orientado a eventos discretos para abordar el Problema del Palletizado (PLP) usando como formalismo de especificación las Redes de Petri Coloreadas. El problema de Paletizado conforma una parte fundamental en el flujo logístico de diversos sistemas de transporte (terrestre o aéreo), siendo un factor clave en etapas aguas arriba (e.g. producción) y abajo del sistema (e.g. distribución). El trabajo presenta una novedosa forma de modelado con una importante mejora de los kPI’s respecto a los actuales entornos comerciales, soportando tanto diferentes heurísticas así como su integración con el sistema para encontrar configuraciones óptimas para el acomodo de cajas con una tipología diversa. El artículo denominado "Integrating and sequencing flows in terminal maneuvering area by evolutionary algorithms," publicado por la IEEE/AIAA en el Digital Avionics Systems Conference (DASC), 2011 presenta una aproximación innovadora para aliviar el problema de congestión en el espacio aéreo terminal (terminal maneouvering área). En este artículo se analiza un procedimiento alternativo para la integración y secuenciación de las aeronaves en la fase de aterrizaje. El artículo ha recibido diversas menciones tal como el mejor artículo de la sesión, mejor artículo en la sección de mejoras a la capacidad del sector aéreo y mejor artículo de estudiante. Estas menciones indican la importancia y trascendencia de dicho trabajo donde se utilizan algoritmos desarrollados para la optimización de sistemas altamente complejos como es el espacio aéreo terminal. El artículo que lleva por nombre “A TMA 4DT CD/CR causal model based in path shortening/path stretching techniques”, publicado en el International Conference on Research in Air Transportation — ICRAT 2010, ha recibido la mención Best paper award reconociendo las aportaciones del trabajo presentado. El modelo desarrollado en Redes de Petri Coloreadas para la solución de conflictos entre aeronaves presenta resultados experimentales validados mediante simuladores de vuelo de la compañía Aireuropa que permiten validar las trayectorias obtenidas mediante el modelo desarrollado. Finalmente, el articulo Causal model to sequence and merge 4DT flows in TMA, se encuentran publicados en las memorias del International Conference on Application and Theory of Automation in Command and Control Systems ATTACS2011 donde se presenta un algoritmo de solución para la secuencializacion y fusión de flujos de aterrizaje de aeronaves donde se muestra el gran potencial para mejorar de la toma de decisiones usando el espacio de estados de los modelos de RdPC. / The present PhD thesis report has been elaborated as a compendium of publications, in which diverse Causal Models have been developed to assist in the decision making process using a cause-effect relationship approach inherent in the system. A brief description of the items included in the doctoral thesis. The document is organized in four different parts. First, the Chapter called “Basic Notions” introduces the basic notions and a general perspective on the systems approach. Particular interest has been placed in the Discrete-Event Systems approach, presenting the main features of this formalism. The main theory behind the Coloured Petri Nets approach is presented in Section 2.1.1 Different case studies are provided from Chapters 3 to 5. Chapter 3 presents the work named “A CD&CR causal model based on path shortening/path stretching techniques”, which has been accepted for publication in the Journal Transportation Research Part C: Emerging Technologies. This work depicts a groundbreaking approach to alleviate the airspace congestion and to deal with the implications for the planning, design, and management of Air Traffic Control operations. Particular interest has been placed Terminal Manoeuvring Area (TMA) where the traffic conditions impose to take time-critical decisions. Therefore, an appropriate management of arrival operations could alleviate congestion which impacts directly in capacity and efficiency of the overall Air Traffic Management operations. To evaluate the performance of the the resolution strategy to avoid non-efficient procedures, diverse scenarios have been tasted in a busy traffic period at Gran Canaria’s airport. The result obtain contribute with the planning and management of Air Traffic Control operations to increase the overall predictability of the Air traffic, with benefit to airlines and airports, among others. Chapter 4 corresponds to the article "Revisiting the pallet loading problem using a discrete event system approach to minimise logistic costs” published in the International Journal of Production Research (IJPR). This work presents an innovative and challenging modelling approach to optimize the space and distribution of boxes into a pallet, supporting the inherent box diversity (heterogeneous palletizing problems) of present production and distribution logistic systems. The space utilization is modelled as squares that can be fragmentise and de-fragmentise. In a first approach, the state space analysis is performed to evaluate different optimal configurations to load the maximum number of boxes on a rectangular pallet. The second approach implements heuristics to show that acceptable occupancy results can be obtained without requiring the exhaustive evaluation of the different feasible combination. Chapter 5 introduces the work "Integrating and sequencing flows in terminal maneuvering area by evolutionary algorithms" in proceeding of the IEEE/AIAA en el Digital Avionics Systems Conference (DASC), 2011. This work has received three mentions: Best student paper award; Best paper in the ATM Capacity Improvements track award; y Best paper of session award which confirm the transcendence and implications of such approach. This chapter presents a new approach to optimize a set of aircraft planned to land at a given airport. It is proposed to merge the incoming flows from different routes by mean of speed and path changes. Those changes aim to remove conflicts at merging points and to maintain separation of aircraft following the same route link according to their wake turbulence constraint. The optimization criteria are based on the minimum deviation from the initial path planning. This algorithm has been successfully applied to Gran Canaria airport in Spain with real traffic demand samples for which conflict free flow merging is produced smoothly with optimal runway feeding. Finally, Chapter 5 contains the overall conclusions, future work, summary of contributions and complementary publications on the author. The work presented in annex called “Causal model to sequence and merge 4DT flows in TMA” summarizes the development of a decision support algorithm to tackle the merging and sequencing problem within the Terminal Manoeuvring Area (TMA) sector. The algorithm works with multiple landing traffic flows that share the airspace in the same time window. A flexible terminal area route structure is proposed; it eliminates conflicts within the Standard Terminal Arrival (STAR) while traffic is merged prior converging on to the final approach. As a first instance the first come first serve (FCFS) sequence policy will be tasted and later on the sequence will be altered by means of the Constrained Position Shifting (CPS) algorithm. Gran Canaria STAR is used to evaluate the benefits of the proposed model under synthetic traffic; and to determine the spacing buffers the ICAO Separation minima (ICAO DOC-4444) criteria is used as on current methodology. Finally, in Annex, the paper “A TMA 4DT CD/CR causal model based in path shortening/path stretching techniques” introduces the basic ideas behind a discrete event model for Conflict Detection and Conflict Resolution algorithm in a TMA 4D trajectory scenario in presented which focuses mainly on the arrival phase. This model brings a very interesting knowledge about the events that take place in the management of 4DT and their interactions in Gran Canaria TMA to remove non-effective operations, avoid delay propagation between arrivals and optimize the occupancy of the runway. The causal model developed considers different alternative predefined turning points for each flight evaluating path shortening/path stretching of all trajectories upwards the merging point in a TMA.

La navegació en entorns desconeguts no estructurats és encara un problema obert en el camp de la robòtica. En aquesta tesi presentem una aproximació per a la navegació de robots basada en la combinació de navegació basada en landmarks, representació fuzzy d'angles i distàncies i una coordinació multiagent basada en un mecanisme de dites. L'objectiu de la tesi ha sigut desenvolupar un sistema de navegació robust amb sentit de l'orientació per a entorns no estructurats usant informació visual.Per tal d'assolir aquest objectiu, hem centrat els nostres esforços en dues línies d'investigació: mètodes de navegació i construcció de mapes, i arquitectures de control per a robots autònoms.Pel que fa als mètodes de navegació i construcció de mapes, hem extès el treball presentat per Prescott per tal que es pugui utilitzar amb informació fuzzy sobre la localitazció dels landmarks. A part d'aquesta extensió, tambés hem desenvolupat mètodes per a calcular objectius alternatius, necessaris quan el robot troba el camí bloquejat.Pel que fa a l'arquitectura de control, hem proposat una arquitectura general que utilitza un mecanisme de dites per a coordinar un grup de sistemes que controlen el robot. Aquest mecanisme pot ser usat en diferents nivells de l'arquitectura. En el nostre cas l'hem usat per a coordinar els tres sistemes del robot (Navegació, Pilot i Visió), i tambés per a coordinar els agents que composen el sistema de Navegació. Usant aquest mecanisme de dites, l'acció que executa el robot és la més ben valorada en cada instant. D'aquesta manera, i si els agents fan les dites d'una manera racional, la dinàmica de les dites porta el robot a executar les accions necessàries per tal d'arribar a l'objectiu indicat. L'avantatge d'utilitzar aquest mecanisme és que no cal imposar una jerarquia entre els sistemes, com passa en l'arquitectura de subsumpció, si no que aquesta jerarquia canvia dinàmicament, depenent de la situació en què es troba el robot i les característiques de l'entorn.Hem obtingut resultats satisfactoris, tant en simulació com en experimentació amb un robot real, que confirmen que el sistema de navegació és capaç de construir un mapa d'un entorn desconegut i utlitzar-lo per a moure el robot d'una posició inicial a un objectiu donat. L'experimentació tambés ha mostrat que el sistema de coordinació basat en dites que hem dissenyat produeix el comportament global d'executar les accions necessàries en cada instant per tal d'arribar a l'objectiu. / Navigation in unknown unstructured environments is still a difficult open problem in the field of robotics. In this PhD thesis we present a novel approach for robot navigation based on the combination of landmark-based navigation, fuzzy distances and angles representation and multiagent coordination based on a bidding mechanism. The objective has been to have a robust navigation system with orientation sense for unstructured environments using visual information.To achieve such objective we have focused our efforts on two main threads: navigation and mapping methods, and control architectures for autonomous robots.Regarding the navigation and mapping task, we have extended the work presented by Prescott, so that it can be used with fuzzy information about the locations of landmarks in the environment. Together with this extension, we have also developed methods to compute diverting targets, needed by the robot when it gets blocked.Regarding the control architecture, we have proposed a general architecture that uses a bidding mechanism to coordinate a group of systems that control the robot. This mechanism can be used at different levels of the control architecture. In our case, we have used it to coordinate the three systems of the robot (Navigation, Pilot and Vision systems) and also to coordinate the agents that compose the Navigation system itself. Using this bidding mechanism the action actually being executed by the robot is the most valued one at each point in time, so, given that the agents bid rationally, the dynamics of the biddings would lead the robot to execute the necessary actions in order to reach a given target. The advantage of using such mechanism is that there is no need to create a hierarchy, such in the subsumption architecture, but it is dynamically changing depending on the specific situation of the robot and the characteristics of the environment.We have obtained successful results, both on simulation and on real experimentation, showing that the mapping system is capable of building a map of an unknown environment and use this information to move the robot from a starting point to a given target. The experimentation also showed that the bidding mechanism we designed for controlling the robot produces the overall behavior of executing the proper action at each moment in order to reach the target.

Hoy en día con el desarrollo de sensores inerciales basados en Sistemas Micro\-electromecánicos (MEMS), podemos encontrar acelerómetros y giróscopos embebidos en diferentes dispositivos y plataformas, teniéndolos en relojes, teléfonos inteligentes, consolas de video juego hasta sistemas de navegación terrestre y vehículos aéreos no tripulados (UAVs), {\em etc}. A pesar del amplio rango de aplicaciones donde están siendo utilizados, los sensores inerciales de bajo costo (grado MEMs) son afectados por errores aleatorios y determinísticos que degradan el rendimiento de los sistemas, en especial, los sistemas de navegación, un ejemplo de ello es la integración del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y el Sistema de Navegación Inercial (INS). Aunque diferentes investigaciones se han realizado para minimizar y modelar el error estocástico de los sensores inerciales MEMS, la estimación de los parámetros de este error y su eliminación sigue siendo una tarea poco fácil de realizar. Por este motivo, en esta tesis planteamos soluciones para facilitar la estimación de los parámetros y la compensación del error estocástico, específicamente, para el bias-drift, con el propósito de mejorar el rendimiento del sistema integrado GPS/INS basado en MEMS. Adicionalmente, el sistema de navegación es implementado en un Arreglo de Compuertas Programables en Campo (FPGA), donde se exploran las posibilidades que este tipo de plataformas puede ofrecer y como recursos hardware dedicados podrían ser utilizados para acelerar el filtro de navegación que es donde se presenta el mayor costo computacional. Finalmente, con el fin de evaluar la compensación del error estocástico, el Filtro de Kalman Extendido (EKF) de la estrategia de integración loosely-coupled GPS/INS es aumentado con diferentes modelos del error. Los resultados muestran el rendimiento del sistema de navegación cuando se realiza la compensación del bias-drift bajo bloqueos de la señal del GPS, utilizando datos reales recolectados en un vehículo terrestre en varias campañas. / Nowadays with the development of inertial sensors based on Micro-Electrome\-chanical Systems (MEMS), embedded accelerometers and gyroscopes can be found in several devices and platforms ranging from watches, smart phones, video game consoles up to terrestrial navigation systems and unmanned aerial vehicles (UAVs), {\em etc}. Despite the wide range of applications where such sensors are being used, low cost inertial sensors (MEMS grade) are affected by random and deterministic errors that degrade the systems performance, especially, in navigation systems like the Global Positioning System (GPS)/Inertial Navigation System (INS) integration. Albeit different researches have been conducted to minimize and model the stochastic error of MEMS inertial sensors, the estimation of the random noise parameters and its attenuation is still a non-trivial task. Therefore, in this thesis we propose solutions to facilitate the estimation of the parameters or the stochastic error and its compensation, specifically, for the bias-drift, with the aim of enhancing the performance of MEMS based INS/GPS integrated systems. Additionally, we implement the navigation system on a Field Programmable Gate Array (FPGA), where we explore the possibilities that this sort of platforms could offer and how dedicated hardware resources could be used to accelerate the navigation filter, that presents the highest computational burned. Eventually, in order to assess the compensation of the stochastic error, the Extended Kalman Filter (EKF) of the loosely-coupled GPS/INS integration strategy is augmented with different error models. Results show the performance of the navigation system during the compensation of the bias-drift under GPS signal blockages using real data collected in a land vehicle during several campaigns.

En aquest treball, considerem el problema de computar bases triangulars de clausures enteres d'anells locals unidimensionals. Es presenta "MaxMin", un algoritme eficient que empra representacions OM d'ideals primers per computar bases locals d'ideals fraccionaris de cossos de nombres i cossos de funcions. MaxMin garanteix que les bases generades són reduïdes i triangulars. D'aquesta manera, s'evita l'aplicació de rutines de triangularització, com ara el pas a la forma normal d'Hermite, que són lentes per a cossos de grau alt. Mostrem que aquest algoritme té la mateixa complexitat computacional asimptòtica que els mètodes ja existents basats en representacions OM. MaxMin ha estat desenvolupat i inclòs en el paquet +Ideals, dissenyat per treballar qüestions aritmètiques en cossos grans. La implementació quasi sempre és més ràpida que la de les altres rutines basades en representacions OM. Respecte a les rutines que es troben actualment als sistemes d'àlgebra computacional estàndard, la nostra implementació de MaxMin és també considerablement més ràpida, exceptuant casos concrets d'extensions de cossos molt petites. / En este trabajo, consideramos el problema de computar bases triangulares de clausuras enteras de anillos locales unidimensionales. Se presenta "MaxMin", un algoritmo eficiente que emplea representaciones OM de ideales primos para computar bases locales de ideales fraccionarios de cuerpos de números y cuerpos de funciones. MaxMin garantiza que las bases generadas son reducidas y triangulares. De este modo, se evita la aplicación de rutinas de triangularización, como el paso a la forma normal de Hermite, que son lentas para cuerpos de grado alto. Mostramos que este algoritmo tiene la misma complejidad computacional asintótica que los métodos ya existentes basados en representaciones OM. MaxMin ha sido desarrollado e incluido en +Ideals, un paquete diseñado para trabajar cuestiones aritméticas en cuerpos grandes. La implementación casi siempre es más rápida que las otras rutinas basadas en representaciones OM. Respecto a las rutinas que se encuentran actualmente en los sistemas de álgebra computacional estándard, nuestra implementación de MaxMin es de nuevo considerablemente más rápida, exceptuando casos concretos de extensiones de cuerpos muy pequeñas. / In this work, we consider the problem of computing triangular bases of integral closures of one-dimensional local rings. "MaxMin" is presented, an efficient algorithm which employs OM representations of prime ideals to compute local bases of fractional ideals of number fields and function fields. The proposed algorithm generates bases which are guaranteed to be reduced and triangular. In this way, it avoids the application of triangularisation routines, such as the Hermite Normal Form, which are slow for fields of large degree. We show that this algorithm has the same asymptotic computational complexity as existing methods based on OM representations. MaxMin has been developed and included as part of the +Ideals package for arithmetic in large fields. This implementation is almost always faster than existing OM-based routines. It is also considerably faster than the routines currently found in standard computer algebra systems, excepting some cases involving very small field extensions.