[EN] The urban water cycle, from source to its return to the natural environment, consumes energy. Each stage of the cycle (collection, treatment, transportation, distribution, use, treatment and discharge into the natural environment) has a specific need for energy (kWh / m3). This value depends on the circumstances of each case: the availability and quality of raw water, topography, etc. This thesis is particularly concerned with one of these stages, the transport of pressurized water, essential in any water supply system, whether urban or irrigation. This type of transport (as an alternative to natural, free surface) not only preserves better water quality. It also allows the rationalization of its use, making possible to meet the growing water demand by the population. However, the energy used to move the pressurized water is remarkable, hence the importance of developing strategies to minimize it. This scenario demands to be much more efficient in the use of both water and energy, as according to the current trend, the population will keep growing and the resources decreasing. It is crucial, therefore, to minimize the negative impacts of transporting pressurized water which requires the study and improvement of the efficiency of these systems from a global perspective. The growing concern about the current situation has led to numerous studies on the reduction of both energy and water consumption in distribution systems. Most of them have been aimed at improving specific parts of these systems, such as increasing efficiency of pumping stations, decreasing the friction in pipes, reducing leakage or energy recovery. This paper tries to be a guide and compendium of these previous studies, grouping them into a protocol for analysing and improving the system from a general perspective. Therefore it is proposed a process for improving the efficiency that can be standardized and become a methodology to be applied for any water supply utility. This method is applicable to any system, regardless of its use (irrigation or urban) and their topography (flat or irregular networks). The process is divided into four stages: diagnosis, analysis of the system (audits), evaluation of the possible actions and decision-making (cost-benefit analysis). The starting point is the diagnosis which establishes benchmarks for the energy efficiency evaluation. In this stage is defined a realistic minimum energy consumption taking into account the particularities of each system, such as available raw water sources, service standards required, topographical features and network configuration. Comparing the actual consumption with the minimum required by the same system, it can be estimated the margin of improvement. Once made the diagnosis, a depth study is required for the water and energy flows. Different tools have been developed throughout this work that perform both the water and energy audit. These audits provide with a precise view of the major inefficiencies in the system. In order to reduce them, it has been established a set of actions. To do so, it has been conducted an analysis and review of the several structural and operational measures that can contribute to the improvement of the energy efficiency in the transport of pressurized water. / [ES] El ciclo urbano del agua, desde la fuente hasta su retorno al medio natural, consume energía. Cada etapa del ciclo (captación, tratamiento, transporte, distribución, utilización, depuración y vertido al medio natural) tiene una necesidad específica de energía (kWh/m3). Este valor depende de las circunstancias de cada caso: de la disponibilidad y calidad del agua en origen, de la topografía del terreno, etc. Esta tesis se ocupa particularmente de una de esas etapas, del transporte de agua a presión, fundamental en cualquier suministro de agua, bien sea urbano o de riego. Este tipo de transporte (como alternativa al natural, en lámina libre) no sólo preserva mejor la calidad del agua. También posibilita la racionalización de su uso, lo que permite satisfacer la creciente exigencia de demanda de agua por parte de la población. Sin embargo, la energía utilizada para mover el agua a presión, es notable, de ahí la importancia de desarrollar estrategias que permitan minimizarla. El presente escenario exige ser mucho más eficientes en el uso de estos dos bienes: agua y energía, si tal como indica la tendencia actual, la población sigue creciendo y los recursos disponibles menguando. Es crucial, por tanto, minimizar los impactos negativos del transporte de agua a presión, lo que requiere el estudio y la mejora de la eficiencia de estos sistemas, desde una perspectiva global. La creciente preocupación por la situación actual ha propiciado numerosos estudios sobre la reducción tanto del consumo de energía como de agua en los sistemas de distribución. La mayoría de ellos orientados a mejorar partes concretas de estos sistemas, como el aumento de eficiencia de los grupos de presión, la disminución de fricción en las tuberías, la reducción de fugas o la recuperación de energía. El presente trabajo trata de ser una guía y compendio de estos estudios precedentes, agrupándolos dentro de un protocolo de actuación que permita analizar y mejorar el sistema desde una óptica general. Se propone, por tanto, un proceso de mejora de la eficiencia que pueda ser estandarizado y convertirse en una metodología a seguir por cualquier suministro de agua. Un procedimiento que sea aplicable a todo sistema, independientemente de su uso (riego o urbano) y sea cuál sea su topografía (redes planas o muy irregulares). Este proceso se divide en cuatro etapas: diagnóstico, análisis del sistema (auditorías), evaluación de acciones, y toma de decisiones (análisis coste-beneficio). El punto de partida es el diagnóstico. Éste establece referencias para la evaluación de la eficiencia energética, mediante la definición de consumos mínimos realistas de energía que tengan en cuenta las particularidades de cada sistema, tales como fuentes de agua disponibles, estándares de servicio requeridos, características topográficas y configuración de la red. Comparando el consumo actual con el mínimo requerido por ese mismo sistema, puede estimarse el margen de mejora existente. Realizado el diagnóstico, se requiere un estudio en profundidad de los flujos de agua y de energía. Se han desarrollado a lo largo del presente trabajo herramientas que permiten realizar tanto la auditoría hídrica como la energética. Éstas aportarán una visión precisa de las principales ineficiencias del sistema. Con el objetivo de minimizarlas, se ha establecido un catálogo de acciones que permite reducirlas. Para ello, se ha realizado un análisis y revisión de las diferentes medidas estructurales y operacionales que pueden contribuir a mejorar la eficiencia energética en el transporte de agua a presión. / [CAT] El cicle urbà de l'aigua, des de la font fins al seu retorn al medi natural, consumeix energia. Cada etapa del cicle (captació, tractament, transport, distribució, utilització, depuració i abocament al medi natural) té una necessitat específica d'energia (kWh/m3). Aquest valor depén de les circumstàncies de cada cas: de la disponibilitat i qualitat de l'aigua en origen, de la topografia del terreny, etc. Aquesta tesi s'ocupa particularment d'una d'eixes etapes, del transport d'aigua a pressió, fonamental en qualsevol subministrament d'aigua, bé siga urbà o de reg. Aquest tipus de transport (com a alternativa al natural, en làmina lliure) no sols preserva millor la qualitat de l'aigua. També possibilita la racionalització del seu ús, la qual cosa permet satisfer la creixent exigència de demanda d'aigua per part de la població. No obstant això, l'energia utilitzada per a moure l'aigua a pressió, és notable, d'ací la importància de desenvolupar estratègies que permeten minimitzar-la. El present escenari exigeix ser molt més eficients en l'ús d'estos dos béns: aigua i energia, si tal com indica la tendència actual, la població continua creixent i els recursos disponibles minvant. És crucial, per tant, minimitzar els impactes negatius del transport d'aigua a pressió, la qual cosa requereix l'estudi i la millora de l'eficiència d'aquests sistemes, des d'una perspectiva global. La creixent preocupació per la situació actual ha propiciat nombrosos estudis sobre la reducció tant del consum d'energia com d'aigua en els sistemes de distribució. La majoria d'ells orientats a millorar parts concretes d'aquests sistemes, com l'augment d'eficiència dels grups de pressió, la disminució de fricció en les canonades, la reducció de fugues o la recuperació d'energia. El present treball tracta de ser una guia i compendi d'aquests estudis precedents, agrupant-los dins d'un protocol d'actuació que permeta analitzar i millorar el sistema des d'una òptica general. Es proposa, per tant, un procés de millora de l'eficiència que puga ser estandarditzat i convertir-se en una metodologia que es puga seguir per qualsevol subministrament d'aigua. Un procediment que siga aplicable a tots els sistemes, independentment del seu ús (reg o urbà) i siga quina siga la seua topografia (xarxes planes o molt irregulars). Aquest procés es divideix en quatre etapes: diagnòstic, anàlisi del sistema (auditories), avaluació d'accions, i presa de decisions (anàlisi cost-benefici). El punt de partida és el diagnòstic. Aquest estableix referències per a l'avaluació de l'eficiència energètica, per mitjà de la definició de consums mínims realistes d'energia que tinguen en compte les particularitats de cada sistema, com ara fonts d'aigua disponibles, estàndards de servici requerits, característiques topogràfiques i configuració de la xarxa. Comparant el consum actual amb el mínim requerit per eixe mateix sistema, pot estimar-se el marge de millora existent. Realitzat el diagnòstic, es requereix un estudi en profunditat dels fluxos d'aigua i d'energia. S'han desenvolupat al llarg del present treball ferramentes que permeten realitzar tant l'auditoria hídrica com l'energètica. Aquestes aportaran una visió precisa de les principals ineficiències del sistema. Amb l'objectiu de minimitzar-les, s'ha establit un catàleg d'accions que permet reduir-les. Per a això, s'ha realitzat una anàlisi i revisió de les diferents mesures estructurals i operacionals que poden contribuir a millorar l'eficiència energètica en el transport d'aigua a pressió. / Gómez Sellés, E. (2016). Caracterización y mejora de la eficiencia energética del transporte de agua a presión [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/72637 / TESIS

La refrigeración es uno de los sectores del conocimiento que más aplicaciones tiene en el mundo. La tecnología de refrigeración más extendida es la de los sistemas por compresión de vapor. A lo largo de la historia estos sistemas han contribuido dos efectos negativos para el medio ambiente: la destrucción de la capa de ozono (que en la actualidad ha sido solucionado) y la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) a la atmósfera. Una parte de las emisiones de GEI están relacionadas con los sistemas de refrigeración. Estas emisiones se deben principalmente a dos factores: las fugas de refrigerantes (emisiones directas) y la eficiencia energética de los sistemas (emisiones indirectas). Siendo las emisiones de GEI causantes en gran medida del cambio climático. Muchos de los refrigerantes que han sido usados en sistemas de refrigeración presentan altos valores de potencial de calentamiento atmosférico (PCA) y esto determina que estas sustancias contribuyan en gran medida al calentamiento global. En el caso de la refrigeración comercial el más extendido es el R404A, con un PCA de 3922. En los últimos años la Unión Europea expidió el Reglamento nº 517/2014 el cual establece que las sustancias fluoradas con PCA>150 deben ser reemplazadas en la mayor parte de los sistemas de refrigeración comercial. Es por ello por lo que el presente trabajo analiza y evalúa alternativas de reemplazo para el R404A. Inicialmente se realiza una revisión del estado del sector de la refrigeración comercial, y de los fluidos refrigerantes que han sido usados hasta la actualidad. Como consecuencia, se determina que las alternativas más viables son el R454C y el R455A. Con el fin de analizar los rendimientos teóricos, se simula el comportamiento de los refrigerantes en un ciclo termodinámico de compresión de vapor básico, utilizando el programa REFPROP v.9.1 para el cálculo de las propiedades termofísicas de los refrigerantes. La simulación se realiza bajo varias condiciones de operación y analizando la posibilidad de trabajar con intercambiador intermedio (II). La simulación muestra un decrecimiento tanto de los caudales másicos como de las capacidades frigoríficas de las alternativas con relación al R404A, mientras que los valores del COP son mayores. Por otro lado, la temperatura de descarga se mantiene bajo el límite permitido para los ensayos sin II, pero se incrementa peligrosamente al trabajar con II. Posteriormente, se realiza el análisis experimental en un banco de ensayos. El banco de pruebas está dotado de una serie de instrumentos de medición de temperatura, presión, caudal y consumo eléctrico que son monitorizados y almacenados en un ordenador. De los análisis experimentales, se determina que las alternativas presentan similares capacidades frigoríficas al R404A, pero también incrementa el rendimiento energético con relación a este fluido, por lo que los hace buenos candidatos para reemplazarlo. Así mismo, en ninguna condición al trabajar sin II la temperatura de descarga supera el límite establecido para evitar daños en el compresor. Por otro lado, el R454C y el R455A presentaron ligeros incrementos en la capacidad frigorífica y en la eficiencia energética al trabajar con II. Sin embargo, las temperaturas de descarga se incrementan en gran medida y podrían superar la temperatura límite sobre todo en altas tasas de compresión, por lo que no es recomendable utilizar el II. Debido a que el R454C y el R455A presentan bajos valores de PCA (que les permite cumplir con la normativa nº 517/2014), mayores valores de eficiencia energética que el R404A, y que se adaptan apropiadamente a su sistema, se convierten en buenas alternativas a corto plazo. Como consecuencia, se recomienda la utilización de estos refrigerantes para reducir las emisiones de CO2 equivalentes en sistemas de refrigeración comercial en aquellas aplicaciones que su carga no sobrepase la cantidad máxima permitida para r / La refrigeració és un dels sectors de coneixement que més aplicacions té al món. La tecnologia de refrigeració més estesa són els sistemes de compressió de vapor. Al llarg de la història, aquests sistemes han contribuït mitjançant dos efectes negatius per al medi ambient: l'esgotament de la capa d'ozó (en l'actualitat està sent ja poc a poc solucionat) i l'emissió de gasos d'efecte hivernacle (GEH) a l'atmosfera. Una part de les emissions de GEH estan relacionades amb els sistemes de refrigeració. Aquestes emissions es deuen principalment a dos factors: les fugues de refrigerants (emissions directes) i l'eficiència energètica dels sistemes (emissions indirectes). Per ésser les emissions de GEH les causants en gran mesura del canvi climàtic. Molts dels refrigerants que han estat emprats en sistemes de refrigeració presenten alts valors de potencial d'escalfament atmosfèric (PEA) i això determina que aquestes substàncies contribueixin en gran mesura a l'escalfament global. En el cas de la refrigeració comercial, el més estès és el R404A, amb un PEA de 3922. En els últims anys, la Unió Europea va aprovar el Reglament nº 517/2014, el qual estableix que les substàncies fluorades amb PEA>150 han de ser reemplaçades en la major part dels sistemes de refrigeració comercial. És per això que el present treball analitza i avalua alternatives per reemplaçar al R404A. Inicialment es realitza una revisió de l'estat del sector de la refrigeració comercial, i dels fluids refrigerants que han estat usats fins a l'actualitat. Com a conseqüència es determina que les alternatives més viables són el R454C i el R455A. Per tal d'analitzar els rendiments teòrics se simula el comportament dels refrigerants en un cicle termodinàmic de compressió de vapor bàsic utilitzant el programa REFPROP v.9.1 per al càlcul de les propietats termofísiques dels refrigerants. La simulació es realitza sota diverses condicions d'operació i tenint en compte la possibilitat de treballar amb un intercanviador intermedi (II). La simulació mostra un decreixement tant dels cabals màssics com de les capacitats frigorífiques de les alternatives amb relació al R404A, mentre que els valors del COP resulten majors. D'altra banda, la temperatura de descàrrega es manté sota el límit permès per als assajos sense II, però s'incrementa perillosament quan es treballar amb II. Posteriorment, es realitza l'anàlisi experimental a un banc d'assajos. El banc de proves inclou sensors de mesura de temperatura, pressió, consum i cabals. Dels resultats experimentals es pot determinar que les alternatives de baix PEA presenten similars capacitats frigorífiques al R404A, però addicionalment incrementem el seu rendiments energètic amb relació al HFC. Així mateix, sense II, no supera el límit establert de temperatura de descàrrega a cap condició. Per tant, aquests refrigerants poden ser bons candidats per reemplaçar al R404A en sistemes de refrigeració comercial. D'altra banda, el R454C i el R455A presenten lleugers increments en la capacitat frigorífica i en l'eficiència energètica en treballar amb II. No obstant això, les temperatures de descàrrega s'incrementen en gran mesura i podrien superar la temperatura límit en altes taxes de compressió, de manera que no és recomanable utilitzar el II per evitar danys en el compressor i pels mínims beneficis energètics que aporta. Donat que R454C i el R455A presenten baixos valors de PEA (que els permet complir amb la normativa europea per al control i reducció de gasos fluorats d'efecte hivernacle), majors valors d'eficiència energètica que el R404A i s'adapten apropiadament als seus sistemes, es converteixen en bones alternatives a curt termini. Com a conseqüència, es recomana la utilització d'aquests refrigerants per reduir les emissions de CO2 equivalents dels sistemes de refrigeració comercial en aquelles aplicacions que la seua càrrega no sobrepasse la quantitat / Refrigeration is a sector of knowledge with a relevant number of applications around the world. The most widespread refrigeration technology is the vapor compression system. Throughout history, these systems are having a negative contribution to the environment through two negative effects: the ozone layer depletion (which is being solved today) and the emission of greenhouse gases (GHGs) into the atmosphere. A significant part of GHG emissions are related to the operation of refrigeration systems, mainly due to two factors: the accidental leakage of refrigerants (direct emissions) and the energy used by these systems (indirect emissions). GHG emissions are largely responsible for climate change. Many of the working fluids used in refrigeration systems have high values of global warming potential (GWP) and, therefore, these substances have a significant contribution to the increase of the global mean temperature. In the case of commercial refrigeration, the most commonly fluid is R404A, with a GWP of 3922. In the recent years, HFC refrigerants are being controlled by the European Regulation No. 517/2014, which states that fluorinated gases with GWP above 150 should be replaced in most of the commercial refrigeration applications. Due to this situation, the present study analyzes and evaluates the feasibility of low GWP alternatives to R404A. First, the state of art of the commercial refrigeration sector is reviewed, and the main properties of the refrigerants have been proposed to date are presented. As a result, it is determined that the most viable alternatives are R454C and R455A. The behaviour of the refrigerants in a basic thermodynamic vapour compression cycle is simulated to analyse the theoretical performance, using the REFPROP v.9.1 program to calculate the thermophysical properties of the refrigerants. The simulation is carried out considering several operating conditions and analysing the possibility of working with intermediate heat exchanger (IHX). The simulation shows a decrease in both the mass flow rate and the refrigeration cooling capacity of the alternatives in comparison to R404A, while the COP is always higher for the new mixtures. Besides, the discharge temperature for the tests without IHX is below the limit, but it increases when working with IHX. Then, the experimental analysis is carried out in a refrigeration test bench. The test bench is also equipped with sensors for a continuous measurement and display of the temperature, pressure, flow and electrical consumption in different parts of the circuit. The experimental results show that R454C and R455A have similar cooling capacity to that of R404A, but they also have higher energy performance in comparison to this fluid, and therefore they can be considered good candidates to replace it. Likewise, when the IHX is not used, the discharge temperature never exceeds the established safety limit. On the other hand, R454C and R455A showed a slight increase in cooling capacity and energy performance when working with IHX. However, the discharge temperature increases greatly and could exceed the limit temperature, especially at high compression rates, so it is not advisable to use the IHX. Because R454C and R455A have low GWP values (which allows them to comply with European Regulations for the control and reduction of fluorinated greenhouse gases), higher values of energy performance than R404A, and they can be adapted appropriately to its system, they become good alternatives in the short term. Therefore, the use of these refrigerants is recommended to reduce CO2 equivalent emissions in commercial refrigeration systems in applications which refrigerant charge does not exceed the maximum allowed for slightly flammable refrigerants. / Haro Ortuño, JR. (2018). ESTUDIO DE FLUIDOS FLUORADOS DE BAJO POTENCIAL DE CALENTAMIENTO ATMOSFÉRICO PARA APLICACIONES DE BAJA TEMPERATURA EN REFRIGERACIÓN COMERCIAL [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114826 / TESIS

[ES] En esta tesis se plasma un ejemplo paradigmático de Matemática Industrial: se define un problema real de enorme interés actual, se presenta un modelo matemático del mismo, se resuelve numéricamente mediante métodos de elementos Finitos, se realiza diferentes prototipos y se verifican experimentalmente las predicciones teóricas; además, en este caso particular, los prototipos aquí analizados se llevaron al mercado, cerrando un ciclo que se inicia con el modelado matemático y se termina con la transferencia a la sociedad de una solución competitiva a un problema real. El problema que se aborda en esta tesis se enmarca en el desarrollo de soluciones de iluminación basadas en tecnología de diodos emisores de luz (LED, por su abreviación en inglés) de alta potencia. De hecho, el problema que se afronta es el desarrollo de disipadores pasivos de calor que garanticen la correcta evacuación del calor producido en el dispositivo LED y aseguren su adecuado funcionamiento. Para ello, se modela el problema de transferencia de calor (incluyendo conducción, radiación y convección) en diferentes prototipos, se resuelve con técnicas de Elementos Finitos y se optimizan los diseños propuestos, garantizando siempre que la temperatura de operación del chip LED sea correcta. Una vez realizado este análisis teórico, se construyen los prototipos y se verifican experimentalmente las predicciones realizadas. Por último, en los anexos se recoge una serie de aportaciones complementarias: una sobre el gas de van der Waals y la Geometría de Contacto y otras dos sobre la convergencia de métodos iterativos. / [CA] En aquesta tesi es plasma un exemple paradigmàtic de Matemàtica Industrial: es defineix un problema real d'enorme interès actual, es presenta un model matemàtic del mateix, es resol numèricament mitjançant mètodes d'Elements Finits, es realitza diferents prototips i es verifiquen experimentalment les prediccions teòriques; a més, en aquest cas particular, els prototips aquí analitzats es van dur a mercat, tancant un cicle que s'inicia amb el modelatge matemàtic i s'acaba amb la transferència a la societat d'una solució competitiva a un problema real. El problema que s'aborda en aquesta tesi s'emmarca en el desenvolupament de solucions d'il·luminació basades en tecnologia LED d'alta potència. De fet, el problema que s'afronta és el desenvolupament de dissipadors passius de calor que garanteixin la correcta evacuació de la calor produïda da en el dispositiu LED i assegurin la seva adequat funcionament. Per a això, es modela el problema de transferència de calor (incloent conducció, radiació i convecció) en diferents prototips, es resol amb tècniques d'Elements Finits i s'optimitzen els dissenys proposats, garantint sempre que la temperatura d'operació de l'xip LED sigui correcta. Un cop realitzat aquest anàlisi teòrica, es construeixen els prototips i es verifiquen experimentalment les prediccions realitzades. Finalment, en els annexos es recull una sèrie d'aportacions complementàries: una sobre el gas de van der Waals i la Geometria de Contacte i dues sobre la convergència de mètodes iteratius. / [EN] In this thesis, a paradigmatic example of Industrial Mathematics is captured: a real problem of enormous current interest is defined, a mathematical model of it is presented, it is solved numerically using Finite Element methods, different prototypes are made and the theoretical predictions are experimentally verified; Furthermore, in this particular case, the prototypes analyzed here were brought to the market, closing a cycle that begins with mathematical modeling and ends with the transfer to society of a competitive solution to a real problem. The problem addressed in this thesis is part of the development of lighting solutions based on high-power LED technology. In fact, the problem being faced is the development of passive heat sinks that guarantee the correct evacuation of the heat produced in the LED device and ensure its proper operation. For this, the heat transfer problem (including conduction, radiation and convection) is modeled in different prototypes, it is solved with Finite Element techniques and the proposed designs are optimized, always guaranteeing that the operating temperature of the LED chip is correct. Once this theoretical analysis has been carried out, the prototypes are built and the predictions made are experimentally verified. Finally, the annexes contain a series of complementary contributions: one on van der Waals gas and Contact Geometry and two others on the convergence of iterative methods. / A la Secretarıa de Educación Superior, Ciencia,Tecnología e Innovación (SENESCYT) por el apoyo económico para poder realizar mis estudios en el extranjero con el fin de fortalecer el talento humano en el Ecuador. / Alarcón Correa, DF. (2020). Modelado matemático y simulación numérica de disipadores de calor para luminarias LED. Aplicaciones a alumbrado público [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/155989 / TESIS

[ES] Resumen Casi la mitad de la población mundial no tiene acceso a energías como la electricidad o el gas y tienen que utilizar forzosamente biomasa para cocinar, principalmente leña y carbón. Lo que en países desarrollados parece un lujo, en otros muchos es una obligación, ya que no hay otra alternativa. Con un pequeño ahorro en el combustible que utilizan estas estufas de los países sin acceso a otro tipo de energía, el resultado global es extraordinario. En el caso de la República Democrática del Congo más del 80% de la población realiza sus actividades culinarias utilizando biomasa sólida (leña, carbón vegetal, etc.) Para cocinar en las zonas rurales y los extrarradios de las grandes ciudades se utiliza la tradicional estufa de tres piedras TCS-3P y en las zonas urbanas la tradicional estufa de carbón vegetal TCS-C. La principal desventaja de esta práctica es una combustión de baja eficiencia energética, con la consecuencia directa de un consumo excesivo de materias primas como carbón y leña y la correspondiente deforestación. Estos equipos de cocina tradicionales emiten muchos contaminantes perjudiciales para la salud (CO y PM), así como y emisiones que contribuyen al calentamiento global y al cambio climático (CO2 y BC). En este trabajo proponemos modelos para mejorar la eficiencia energética utilizando el modelo tradicional como punto de partida, tal como lo utiliza la comunidad local. Para las poblaciones que viven en condiciones muy críticas y precarias, se han propuesto "insertos de cerámica" que pueden fabricarse y añadirse a las estufas que utilizan en la actualidad. Estos insertos pueden actuar sobre el rendimiento con mejoras del 15%. Se ha propuesto y analizado una segunda mejora basada en la combustión natural de la estufa de carbón ICS-C. El modelo más prometedor es la estufa que utiliza el principio de micro gasificación de la biomasa. Se han diseñado dos modelos de esta estufa, el modelo ICS-G1 con un solo reactor de combustión y el modelo ICS-G2 con dos reactores de combustión, y se han realizado análisis de sostenibilidad con aplicación directa a las comunidades locales. El modelo de micro gasificación propuesto funciona con un suministro de aire forzado con una gran flexibilidad de variación de la potencia de fuego según el tipo de comida a cocinar. El sistema de suministro de aire es provisto por un pequeño motor alimentado por energía solar con autonomía proporcionada por una pequeña batería de litio recargable. Los modelos de gasificación muestran importantes ventajas en comparación con el sistema tradicional, mejor eficiencia energética, al necesitar menos de la mitad de leña que con la tradicional, reducciones drásticas de las emisiones contaminantes y atmosféricas, con un ahorro de emisiones de CO2 en la ciudad de Kinshasa estimadas en 3405 kton/año y una reducción de casi la mitad del tiempo dedicado a la preparación de alimentos. Estas estufas pueden utilizar todo tipo de combustibles sólidos, además del carbón, se realizaron ensayos con combustibles alternativos que provienen de residuos agrícolas (BSW3) de esta forma se limita la presión ejercida sobre los bosques debido al uso de leña para cocinar. Los métodos de prueba utilizados son la prueba de ebullición del agua y la prueba de cocción controlada, con esta última se realiza una preparación de alimentos en un ambiente controlado. Los resultados de estas mejoras se han aplicado a casos reales en Kinshasa y Bandundu. / [CA] Quasi la meitat de la població mundial no té accés a energies com l'electricitat o el gas i han d'utilitzar forçosament biomassa per a cuinar, principalment llenya i carbó. El que en països desenvolupats sembla un luxe, en molts altres és una obligació, ja que no hi ha una altra alternativa. Amb un xicotet estalvi en el combustible que utilitzen aquestes estufes dels països sense accés a una altra mena d'energia, el resultat global és extraordinari. En el cas de la República Democràtica del Congo més del 80% de la població realitza les seues activitats culinàries utilitzant biomassa sòlida (llenya, carbó vegetal, etc.) Per a cuinar en les zones rurals i els extraradis de les grans ciutats s'utilitza la tradicional estufa de tres pedres (TCS-3P) i en les zones urbanes la tradicional estufa de carbó vegetal (TCS-C). El principal desavantatge d'aquesta pràctica és una combustió de baixa eficiència energètica, amb la conseqüència directa d'un consum excessiu de matèries primeres com a carbó i llenya i la corresponent desforestació. Aquests equips de cuina tradicionals emeten molts contaminants perjudicials per a la salut (CO i PM), així com i emissions que contribueixen al calfament global i al canvi climàtic (CO₂ i BC). En aquest treball proposem models per a millorar l'eficiència energètica utilitzant el model tradicional com a punt de partida, tal com ho utilitza la comunitat local. Per a les poblacions que viuen en condicions molt crítiques i precàries, s'han proposat "inserits de ceràmica" que poden fabricar-se i afegir-se a les estufes que utilitzen en l'actualitat. Aquests inserits poden actuar sobre el rendiment amb millores del 15%. S'ha proposat i analitzat una segona millora basada en la combustió natural de l'estufa de carbó ICS-C. El model més prometedor és l'estufa que utilitza el principi de micro gasificació de la biomassa. S'han dissenyat dos models d'aquesta estufa, el model (ICS-G1) amb un sol reactor de combustió i el model (ICS-G2) amb dos reactors de combustió, i s'han realitzat anàlisi de sostenibilitat amb aplicació directa a les comunitats locals. El model de micro gasificació proposat funciona amb un subministrament d'aire forçat amb una gran flexibilitat de variació de la potència de foc segons la mena de menjar a cuinar. El sistema de subministrament d'aire és proveït per un xicotet motor alimentat per energia solar amb autonomia proporcionada per una xicoteta bateria de liti recarregable. Els models de gasificació mostren importants avantatges en comparació amb el sistema tradicional, millor eficiència energètica, en necessitar menys de la meitat de llenya que amb la tradicional, reduccions dràstiques de les emissions contaminants i atmosfèriques, amb un estalvi d'emissions de CO₂ a la ciutat de Kinshasa estimades en 3405 kton/any i una reducció de quasi la meitat del temps dedicat a la preparació d'aliments. Aquestes estufes poden utilitzar tot tipus de combustibles sòlids, a més del carbó, es van realitzar assajos amb combustibles alternatius que provenen de residus agrícoles (BSW3) d'aquesta forma es limita la pressió exercida sobre els boscos a causa de l'ús de llenya per a cuinar. Els mètodes de prova utilitzats són la prova d'ebullició de l'aigua i la prova de cocció controlada, amb aquesta última es realitza una preparació d'aliments en un ambient controlat. Els resultats d'aquestes millores s'han aplicat a casos reals a Kinshasa i Bandundu. / [EN] Abstract Almost half of the world's population does not have access to energy such as electricity or gas and they have to use biomass for cooking, mainly firewood and charcoal. What in developed countries seems a luxury, in many others is an obligation, since there is no other alternative. With a small saving in the fuel used by these stoves in countries without access to other types of energy, the overall result is extraordinary. In the case of the Democratic Republic of the Congo, more than 80% of the population carries out their culinary activities using solid biomass (firewood, charcoal, etc.). The traditional stove is used to cook in rural areas and on the outskirts of large cities. three-stone TCS-3P and in urban areas the traditional TCS-C charcoal stove. The main disadvantage of this practice is low energy efficiency combustion, with the direct consequence of excessive consumption of raw materials such as coal and firewood and the corresponding deforestation. These traditional kitchen equipment emits many harmful pollutants for health (CO and PM), as well as emissions that contribute to global warming and climate change (CO2 and BC). In this work we propose models to improve energy efficiency using the traditional model as a starting point, as used by the local community. For populations living in very critical and precarious conditions, "ceramic inserts" have been proposed that can be manufactured and added to the stoves they use today. These inserts can act on performance with improvements of 15%. A second improvement based on the natural combustion of the ICS-C coal stove has been proposed and analyzed. The most promising model is the stove that uses the principle of microgasification of biomass. Two models of this stove have been designed, the ICS-G1 model with a single combustion reactor and the ICS-G2 model with two combustion reactors, and sustainability analyzes have been carried out with direct application to local communities. The proposed micro gasification model works with a forced air supply with great flexibility of variation of the fire power according to the type of food to be cooked. The air supply system is provided by a small motor powered by solar energy with autonomy provided by a small rechargeable lithium battery. The gasification models show important advantages compared to the traditional system, better energy efficiency, since it requires less than half as much firewood than with the traditional system, drastic reductions in pollutant and atmospheric emissions, with savings in CO2 emissions in the city of Kinshasa estimated at 3405 kton / year and a reduction of almost half the time spent on food preparation. These stoves can use all types of solid fuels, in addition to coal, tests were carried out with alternative fuels that come from agricultural residues (BSW3) in this way the pressure exerted on the forests due to the use of firewood for cooking is limited. The test methods used are the water boiling test and the controlled cooking test, with the latter a food preparation is performed in a controlled environment. The results of these improvements have been applied to real cases in Kinshasa and Bandundu. / Mulumba Ilunga, Ó. (2021). Estudio de la optimización de estufas de cocción tradicionales empleadas en países en desarrollo utilizando biomasa leña gasificada (aplicado a la R.D.Congo) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/163655 / TESIS

Despite the fact that cogeneration (CHP) and tri-generation (CHCP) are among the most efficient ways to produce electricity and thermal energy, there is still some unexploited potential for these techniques. One could say that the circumstances for using these techniques are better now than ever. Some of the reasons for applying CHP and CHCP are: the techniques are well understood, their application could generate some profit, and the required technology is available. Moreover, there is increasing concern in regards to energy security, the need to increase the energy efficiency in power generation and distribution as well as to lower the emissions from fossil fuel combustion. CHP/CHCP promoters and developers face difficulties when analyzing the conditions and proposing a plan of application. On one hand, there are some external barriers which have to be torn down by means of energy regulation schemes. These may include economic incentives, easy and safe interconnection to the grid to export electricity and have backup if necessary, and access to the market to sell the surplus of electricity at a fair price. On the other hand, there are some internal barriers such as the difficulty evaluating potential energy savings, emission reduction, and economic performance of a project based on the circumstances of a specific site; lack of awareness; unwillingness to invest in CHP/CHCP projects; and difficulty in selecting and sizing the equipment which would give the maximum benefits in terms of life cycle cost, energy savings and emission reduction. Nowadays, it is possible to develop software tools which use simulations and optimization algorithms to evaluate several options, compare them and chose the ones that give the optimum performance with respect to an objective function defined by the user. In this project, the general context for the application of cogeneration and tri-generation projects was studied including factors which have an impact on its feasibility and performance. Moreover, a survey of the exiting feasibility analysis tools was done, and a case study was chosen and analyzed. Next, a model was developed using the software Trnsys for the simulation and Matlab for the optimization. The model was tested by evaluating the study case. The result of the simulation and optimization gives several possible equipment size combinations. The tradeoff between two different objective functions such as net present value and primary energy savings or emission reduction is presented in Pareto front diagrams. The main conclusion of this project is that by using Trnsys and Matlab, it is possible to develop more complex models which, when applying optimization algorisms, could become a very useful and helpful tool that CHP/CHCP developers could use to speed up the analysis of projects while contributing to the goal of deploying these techniques.

Tesis por compendio / [ES] Todos los pronósticos indican que en los próximos años va a existir un aumento importante de población, que conllevará un crecimiento en la demanda de recursos hídricos y energéticos. Este hecho, junto a la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para hacer frente al cambio climático, ponen de relevancia la importancia de optimizar cualquier proceso relacionado con el nexo agua y energía. Los sistemas de distribución de agua a presión son demandantes de energía, y un claro ejemplo de este nexo, ya que es imprescindible aportar energía al fluido para llevarlo desde la fuente de captación hasta los puntos de consumo. La fase del transporte de agua es una de las que mayor energía consume, representando habitualmente un importante porcentaje de los costes totales del servicio, por lo que parece oportuno hacer una revisión en profundidad de las necesidades energéticas del transporte de agua a presión. En este trabajo se presenta un protocolo de actuación con diferentes etapas a abordar para disminuir el consumo energético en el transporte de agua a presión. Una ruta que permita reducir de manera general el consumo de energía de la instalación, garantizando en todo momento el suministro bajo los estándares de calidad establecidos. La optimización energética de los sistemas de transporte de agua a presión debe comenzar en la fase de diseño. La concepción de las redes debe tener en cuenta el consumo energético que ésta tendrá en su fase de funcionamiento, aspectos fundamentales para ello son la selección de la fuente de suministro, la sectorización de los sistemas, y, en definitiva, el layout propuesto. En la fase de operación, el análisis energético a realizar dependerá de la cantidad y calidad de los datos de la instalación. Un primer diagnóstico permite detectar si existe la necesidad de realizar un análisis más específico que detalle la energía consumida por el sistema. Este diagnóstico se puede llevar a cabo con pocos datos. Si el resultado del diagnóstico indica que existe un margen de mejora considerable, será necesario realizar la auditoría de la red, para lo cual es esencial contar con su correspondiente modelo matemático, y por tanto con datos mucho más precisos. La auditoría de la red permite conocer en detalle cómo se distribuye la energía en el sistema, qué cantidad de energía es aprovechada por los usuarios, y cuanta se pierde por el camino. Lo idóneo sería inyectar únicamente la energía mínima requerida por los usuarios, pero esto es imposible de alcanzar, ya que existen diferentes ineficiencias desde la fuente de suministro hasta los puntos de consumo. Estas pérdidas se dividen en estructurales y operacionales. Las pérdidas estructurales están vinculadas a los desniveles del sistema, de ahí que a la energía relacionada con estas pérdidas se le denomine energía topográfica. Mientras que las pérdidas operacionales están vinculadas a la gestión de la red: energía embebida en fugas, pérdidas energéticas en las estaciones de bombeo, fricción en tuberías, energía de exceso y cualquier otro tipo de pérdida energética vinculada a la gestión del sistema. Para mejorar la eficiencia del sistema se debe realizar un análisis en profundidad de las pérdidas estructurales y operacionales de la red. El análisis de las pérdidas estructurales permitirá decidir si es aconsejable acometer actuaciones de mejora relacionadas con la energía topográfica. En tal caso, se evaluará la posibilidad de modificar el layout del sistema, recuperar parte de la energía topográfica o disiparla con válvulas reductoras de presión. El análisis de las pérdidas energéticas operacionales vendrá definido por los niveles de referencia alcanzables de las mismas. Lo ideal sería que no existiese ningún tipo de pérdida, pero esto es imposible en un sistema real, por lo que para cada pérdida energética operacional se calcula un nivel de referencia a alcanzar basado en criterios económicos y de gestión. Comparando estos niveles de referencia, con las pérdidas de energía reales existentes, se puede evaluar y calificar el estado energético de la red desde el punto de vista operacional. A partir de esta calificación se estudiarán las acciones de mejora operacionales a llevar a cabo. Una vez analizadas y evaluadas las acciones de mejora correspondientes a las pérdidas estructurales y operacionales, se realizará una calificación final del sistema que permite caracterizarlo energéticamente. En definitiva, el protocolo propuesto es el eje central de esta tesis y las aportaciones que se presentan facilitan su comprensión y seguimiento. / [EN] Pressurized water distribution systems are a clear example of water and energy nexus. It is essential to provide energy to the fluid to transport it from the catchments to the points of consumption. The water transport phase is one of the phases that consume more energy, and usually represents a significant percentage of the total costs of the service. Therefore, it seems appropriate to make an in-depth revision of the energy needs this phase. This work presents an action protocol with different stages to be tackled in order to reduce energy consumption in pressurised water transport. It allows a general reduction of the energy consumption in water networks, guaranteeing at any time the supply under the established quality standards. The optimisation of energy in pressurised water transport systems must begin in the design phase. Therefore, the design of the networks must consider the energy consumption that it will have in its operation phase. Fundamental decisions in this phase are the selection of the supply source, the sectorization of the systems, and, in short, the proposed layout. In the operation phase, the energy analysis to be carried out will depend on the quantity and quality of the data available from the system. A first diagnosis allows us to detect if there is a need to perform a more specific analysis that details the energy consumed by the system. If the result of the diagnosis indicates that there is considerable room for improvement, it will be necessary to conduct a network audit, for which it is essential to have a corresponding mathematical model, and therefore much more precise data. The network audit allows us to know in detail how the energy is distributed in the system. Ideally, only the minimum energy required by users should be injected. However, this is unfeasible, as there are different inefficiencies from the source of supply to the consumption points. These losses are divided into structural and operational. Structural losses are linked to the topography of the system. Hence, the energy related to these losses is called topographic energy. Operational losses are linked to the management of the network: energy embedded in leaks, energy losses in pumping stations, friction in pipes, excess energy and any other type of energy loss linked to the management of the system. To improve the efficiency of the system, an in-depth analysis of structural and operational losses in the network must be carried out. The analysis of the structural losses will allow to decide whether it is advisable to undertake improvement actions related to topographic energy. In this case, the possibility of modifying the layout of the system, recovering part of the topographic energy or dissipating it with pressure reducing valves will be evaluated. The analysis of operational energy losses will be defined by the target of loses established. Ideally, there should be no losses at all, but this is impossible in a real system. Hence, for each type of operational energy loss, it is calculated a reference level to be reached, based on economic and management criteria. By comparing these reference levels with the actual existing energy losses, the energy status of the network can be evaluated and qualified from an operational point of view. Based on this qualification, improvement actions can be drawn. Once the improvement actions corresponding to the structural and operational losses have been analysed, the system will be given a complete qualification that will characterise its global energy behaviour. To sum up, the proposed protocol is the central axis of this thesis and the contributions presented facilitate its comprehension. / [CA] Tots els pronòstics indiquen que en els pròxims anys existirà un augment important de població, que comportarà un creixement en la demanda de recursos hídrics i energètics. Aquest fet, al costat de la necessitat de reduir les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle per a fer front al canvi climàtic, posen de rellevància la importància d'optimitzar qualsevol procés relacionat amb el nexe aigua i energia. Els sistemes de distribució d'aigua a pressió són demandants d'energia, i un clar exemple d'aquest nexe, ja que és imprescindible aportar energia al fluid per a portar-lo des de la font de captació fins als punts de consum. La fase del transport d'aigua és una de les quals major energia consumeix, representant habitualment un important percentatge dels costos totals del servei. Per la qual cosa, sembla oportú fer una revisió en profunditat de les necessitats energètiques del transport d'aigua a pressió. En aquest treball es presenta un protocol d'actuació amb diferents etapes a abordar per a disminuir el consum energètic en el transport d'aigua a pressió. Una ruta que permeta reduir de manera general el consum d'energia de la instal·lació, garantint en tot moment el subministrament sota els estàndards de qualitat establits. L'optimització energètica dels sistemes de transport d'aigua a pressió ha de començar en la fase de disseny. La concepció de les xarxes ha de tindre en compte el consum energètic que aquesta tindrà en la seua fase de funcionament. Aspectes fonamentals per a això són la selecció de la font de subministrament, la sectorització dels sistemes, i, en definitiva, el layout proposat. En la fase d'operació, l'anàlisi energètic a realitzar dependrà de la quantitat i qualitat de les dades de la instal·lació. Un primer diagnòstic permet detectar si existeix la necessitat de realitzar una anàlisi més específic que detalle l'energia consumida pel sistema. Aquest diagnòstic es pot dur a terme amb poques dades. Si el resultat del diagnòstic indica que existeix un marge de millora considerable, serà necessari realitzar l'auditoria de la xarxa, per a això és essencial comptar amb el seu corresponent model matemàtic, i per tant amb dades molt més precises. L'auditoria de la xarxa permet conéixer detalladament com es distribueix l'energia en el sistema, quina quantitat d'energia és aprofitada pels usuaris, i quanta es perd pel camí. L'idoni seria injectar únicament l'energia mínima requerida pels usuaris, però això és impossible d'aconseguir, ja que existeixen diferents ineficiències des de la font de subministrament fins als punts de consum. Aquestes pèrdues es divideixen en estructurals i operacionals. Les pèrdues estructurals estan vinculades als desnivells del sistema, per aquest motiu a l'energia relacionada amb aquestes pèrdues se l’anomena energia topogràfica. Mentre que les pèrdues operacionals estan vinculades a la gestió de la xarxa: energia embeguda en fuites, pèrdues energètiques en les estacions de bombeig, fricció en canonades, energia d'excés i qualsevol altre tipus de pèrdua energètica vinculada a la gestió del sistema. Per a millorar l'eficiència del sistema s'ha de realitzar una anàlisi en profunditat de les pèrdues estructurals i operacionals de la xarxa. L'anàlisi de les pèrdues estructurals permetrà decidir si és aconsellable escometre actuacions de millora relacionades amb l'energia topogràfica. En tal cas, s'avaluarà la possibilitat de modificar el layout del sistema, recuperar part de l'energia topogràfica o dissiparla amb vàlvules reductores de pressió. L'anàlisi de les pèrdues energètiques operacionals vindrà definit pels nivells de referència assolibles d'aquestes. L'ideal seria que no existira cap mena de pèrdua, però això és impossible en un sistema real. Per la qual cosa, per a cada pèrdua energètica operacional es calcula un nivell de referència a aconseguir basat en criteris econòmics i de gestió. Comparant aquests nivells de referència, amb les pèrdues d'energia reals existents, es pot avaluar i qualificar l'estat energètic de la xarxa des del punt de vista operacional. A partir d'aquesta qualificació s'estudiaran les accions de millora operacionals a dur a terme. Una vegada analitzades i avaluades les accions de millora corresponents a les pèrdues estructurals i operacionals, es realitzarà una qualificació final del sistema que permet caracteritzar-lo energèticament. En definitiva, el protocol proposat és l'eix central d'aquesta tesi i les aportacions que es presenten faciliten la seua comprensió i seguiment. / Del Teso March, R. (2020). Ecodiseño y ecogestión de redes de distribución de agua a presión [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153135 / TESIS / Compendio

Tesis por compendio / [ES] El consumo energético de una estación de bombeo (EB) representa el mayor consumo de energía de un sistema de de distribución de agua. Adicionalmente, otros problemas como el cambio climático, el estrés hídrico y emisión de gases de efecto invernadero conducen a la necesidad de optimizar este tipo de instalaciones, tanto en su diseño como en su operación. La presente tesis doctoral consta de tres etapas de desarrollo. La primera etapa desarrolla una metodología de optimización de la operación de EB. La segunda etapa desarrolla un método de diseño de estaciones de bombeo considerando aspectos técnicos y económicos basados en el método AHP (Analytic Hierarchy Process, del Ingles). Finalmente, la tercera etapa es una mejora de la segunda añadiendo aspectos ambientales y consideración de variabilidad de la demanda. Una de las principales contribuciones es el desarrollo de una metodología para la optimización del funcionamiento de una EB. Esta metodología se basa en el uso de la curva de consigna y una operación combinando bombas de velocidad fija (BVF) y bombas de velocidad variable (BVV). El objetivo de este método es determinar el número óptimo de BVF y BVV en para cualquier caudal minimizando el consumo energético total de la EB. Esta metodología corrige la eficiencia de BVV determinada por las leyes de semejanza e incluye una formulación matemática de la eficiencia del variador de frecuencia. El diseño convencional de EB se basa la minimización del coste del ciclo de vida (CCV); suma de costes de inversión, operación y mantenimiento. La segunda etapa de la tesis, desarrolla un método integral de diseño de EB considerando aspectos técnicos y económicos aplicando el método AHP. La metodología propuesta consta de tres fases. La primera fase está relacionada la definición de los datos requeridos de la EB y permite definir los modelos factibles para la red. La segunda fase está relacionada con la definición de las posibles soluciones y su evaluación con los criterios técnicos y económicos. La tercera fase está relacionada con el cálculo del frente de Pareto del conjunto de soluciones obtenidas y la aplicación del método AHP. La metodología desarrollada en la segunda etapa de la tesis presenta cuatro limitaciones. La primera es no considerar los criterios medioambientales en el diseño de la EB. La segunda es no considerar la optimización del funcionamiento de una EB definido en la primera etapa. LA tercera está relacionada con la escala utilizada en el método AHP. La cuarta es la consideración de un único patrón de consumo en la estación de bombeo. Por ello, en la tercera etapa de la tesis se desarrolla una nueva propuesta de metodología de diseño de EB que pretende solventar estos problemas. Este nuevo método considera criterios medioambientales como el MEI, las emisiones de efecto invernadero o la eficiencia del método de regulación en la EB. El método incluye también una propuesta de modificación de la escala tradicional de valoración clásica del AHP. Las metodologías propuestas se han validado de forma comparativa con dos redes de distribución de agua (redes CAT y TF). Sobre ambas redes se compararon tanto los diferentes métodos propuestos como su comparativa con un planteamiento clásico del problema de diseño de una EB. En resumen, el la tesis recoge una metodología estandarizada para el diseño de cualquier tipo de EB (para agua potable, para riego etc.) considerando la configuración de bombeo más adecuada, haciendo uso de una variabilidad de la demanda, y considerando diferentes tipos de criterios (técnicos, económicos y ambientales) a través de un análisis multi criterio de toma de decisiones. / [CA] El consum energètic d'una estació de bombament (EB) representa el consum d'energia més gran d'un sistema de distribució d'aigua. Addicionalment, altres problemes com el canvi climàtic, l'estrès hídric i l'emissió de gasos d'efecte hivernacle condueixen a la necessitat d'optimitzar aquest tipus d'instal¿lacions, tant pel que fa al disseny com a l'operació. Aquesta tesi doctoral consta de tres etapes de desenvolupament. La primera etapa desenvolupa una metodologia d"optimització de l"operació d"EB. La segona etapa desenvolupa un mètode de disseny d'estacions de bombament considerant aspectes tècnics i econòmics basats en el mètode AHP (Analytic Hierarchy Process, de l'Angles). Finalment, la tercera etapa és una millora de la segona afegint-hi aspectes ambientals i consideració de variabilitat de la demanda. Una de les contribucions principals és el desenvolupament d'una metodologia per optimitzar el funcionament d'una EB. Aquesta metodologia es basa en lús de la corba de consigna i una operació combinant bombes de velocitat fixa (BVF) i bombes de velocitat variable (BVV). L'objectiu d'aquest mètode és determinar el nombre òptim de BVF i BVV en qualsevol cabal minimitzant el consum energètic total de l'EB. Aquesta metodologia corregeix l"eficiència de BVV determinada per les lleis de semblança i inclou una formulació matemàtica de l"eficiència del variador de freqüència. El disseny convencional dEB es basa la minimització del cost del cicle de vida (CCV); suma de costos dinversió, operació i manteniment. La segona etapa de la tesi desenvolupa un mètode integral de disseny d'EB considerant aspectes tècnics i econòmics aplicant el mètode AHP. La metodologia proposada consta de tres fases. La primera fase està relacionada amb la definició de les dades requerides de l'EB i permet definir els models factibles per a la xarxa. La segona fase està relacionada amb la definició de les possibles solucions i la seva avaluació amb criteris tècnics i econòmics. La tercera fase està relacionada amb el càlcul del front de Pareto del conjunt de solucions obtingudes i laplicació del mètode AHP. La metodologia desenvolupada a la segona etapa de la tesi presenta quatre limitacions. La primera és no considerar els criteris mediambientals en el disseny de lEB. La segona és no considerar l'optimització del funcionament d'una EB definit a la primera etapa. La tercera està relacionada amb l'escala utilitzada al mètode AHP. La quarta és la consideració d'un únic patró de consum a l'estació de bombament. Per això, a la tercera etapa de la tesi es desenvolupa una nova proposta de metodologia de disseny d'EB que pretén resoldre aquests problemes. Aquest nou mètode considera criteris mediambientals com el MEI, les emissions amb efecte d'hivernacle o l'eficiència del mètode de regulació a l'EB. El mètode també inclou una proposta de modificació de l'escala tradicional de valoració clàssica de l'AHP. Les metodologies proposades han estat validades de manera comparativa amb dues xarxes de distribució d'aigua (xarxes CAT i TF). Sobre les dues xarxes es van comparar tant els diferents mètodes proposats com la comparativa amb un plantejament clàssic del problema de disseny d'una EB. En resum, la tesi recull una metodologia estandarditzada per al disseny de qualsevol tipus d'EB (per a aigua potable, per a reg etc.) considerant la configuració de bombament més adequada, fent ús d'una variabilitat de la demanda, i considerant diferents tipus de criteris (tècnics, econòmics i ambientals) mitjançant una anàlisi multicriteri de presa de decisions. / [EN] Energy consumption of a pumping station (PS) represents the largest energy consumption of a water distribution system. Additionally, other problems such as climate change, water stress and greenhouse gas emissions lead to the need to optimize this type of facilities, both in their design and operation. This doctoral thesis consists of three stages of development. The first stage develops a methodology to optimize the operation of the PS. The second stage develops a pumping station design method considering technical and economic aspects based on the AHP (Analytic Hierarchy Process) method. Finally, the third stage is an improvement of the second stage by adding environmental aspects and demand variability consideration. One of the main contributions is the development of a methodology for the optimization of the operation of a PS. This methodology is based on the use of the set point curve and an operation combining fixed speed pumps (FSP) and variable speed pumps (VSP). The objective of this method is to determine the optimum number of FSP and VSP at any given flow rate while minimizing the total energy consumption of the PS. This methodology corrects the VSP efficiency determined by the similarity laws and includes a mathematical formulation of the variable frequency drive efficiency. Conventional PS design is based on the minimization of the life cycle cost (LCC); the sum of investment, operation and maintenance costs. The second stage of the thesis develops an integral method of PS design considering technical and economic aspects by applying the AHP method. The proposed methodology consists of three phases. The first phase one is related to the definition of the required data of the PS and allows defining the feasible models for the network. The second is related to the definition of the possible solutions and their evaluation with technical and economic criteria. The third phase is related to the calculation of the Pareto front of the set of solutions obtained and the application of the AHP method. The methodology developed in the second stage of the thesis has four limitations. The first one is not considering environmental criteria in the design of the PS. The second is not considering the optimization of the operation of a PS defined in the first stage of the thesis. The third is related to the scale used in the AHP method. The fourth is the consideration of a single consumption pattern in the pumping station. Therefore, in the third stage of the thesis, a new proposed methodology for the PS design is developed to solve these problems. This new method considers environmental criteria such as MEI, greenhouse emissions or the efficiency of the PS control method. The method also includes a proposed modification of the traditional AHP classical rating scale. The proposed methodologies have been comparatively validated with two water distribution networks (CAT and TF networks). For both networks, both the different proposed methods and their comparison with a classical approach to the design problem of a PS were compared. In summary, the thesis presents a standardized methodology for the design of any type of PS (for drinking water, irrigation, etc.) considering the most appropriate pumping configuration, making use of demand variability, and considering different types of criteria (technical, economic and environmental) through a multi-criteria decision making analysis. / Briceño León, CX. (2023). Contributions to the design of pumping stations in water distribution networks considering technical, economic and environmental aspects [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193080 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La energía, la comunicación y la informática son componentes fundamentales de la sociedad moderna, ya que sientan las bases para el desarrollo tecnológico y el crecimiento económico. La estrecha interrelación entre estos pilares se ha hecho cada vez más evidente en los últimos años, a medida que los avances en computación y análisis de datos han permitido nuevos enfoques de gestión y sostenibilidad de la energía. En este contexto, el uso eficiente de la energía se ha convertido en un objetivo clave para los investigadores, los responsables políticos y las empresas por igual. Al aprovechar el poder de las técnicas informáticas y de aprendizaje automático (ML), es posible destacar los desafíos de asegurar los sistemas de energía y optimizar el uso de la energía, lo que lleva a la necesidad de técnicas avanzadas como algoritmos bio-inspirados y redes neuronales. Esta tesis doctoral tiene como objetivo analizar los programas y estrategias de gestión de la carga, el consumo y la demanda en el panorama energético actual. El núcleo central presenta un estudio exhaustivo sobre la integración de algoritmos bio-inspirados, como la optimización de enjambres de partículas (PSO) y los modelos de redes neuronales artificiales (ANN) en los sistemas de gestión de la carga para hacer frente a los retos de la gestión de la carga y utilizar la energía de forma eficiente y segura. El cuerpo principal de esta tesis comprende tres publicaciones científicas, cada una de las cuales corresponde a una etapa distinta dentro del marco general de investigación de este estudio: la primera etapa propone un sistema de monitorización de bajo coste para aplicaciones energéticas que introduce un sistema SCADA basado en web rentable que era un del 80% más barato que una solución similar. La arquitectura de bajo coste propuesta, diseñada para bancos de pruebas de microrredes, ofrece monitorización en tiempo real, accesibilidad remota y control fácil de usar para aplicaciones académicas y de investigación. La segunda etapa combina la optimización híbrida de enjambre de partículas (PSO) en cascada con redes neuronales feed-forward para pronosticar y optimizar con precisión la demanda de energía en una microrred en AC, mejorando la integración de fuentes de energía renovables como gasificación de biomasa. Los resultados muestran que el modelo PSO-ANN propuesto tiene un rendimiento un 23,2% mejor en términos de MSE que los modelos de RNA de retropropagación feed-forward (FF-BP) y propagación directa en cascada (CF-P). La tercera y última etapa se centró en un sistema inteligente de gestión de la carga reforzado con criptografía híbrida para garantizar la comunicación protegida y la privacidad de los datos, abordando así de manera efectiva los desafíos de seguridad energética en entornos residenciales. Los resultados mostraron que el modelo propuesto de Gestión de Carga aplicado a Sistemas Residenciales de Seguridad (SRS-LM) fue un 37% mejor en rendimiento (costo de energía, utilización de energía, tiempo computacional) y con una reducción de carga máxima del 60% en comparación con un modelo de Medidor de Energía Inteligente Universal (USEM). / [CA] L'energia, la comunicació i la informàtica són components fonamentals de la societat moderna, ja que establixen les bases per al desenvolupament tecnològic i el creixement econòmic. L'estreta interrelació entre estos pilars s'ha fet cada vegada més evident en els últims anys, a mesura que els avanços en computació i anàlisi de dades han permés nous enfocaments de gestió i sostenibilitat de l'energia. En este context, l'ús eficient de l'energia s'ha convertit en un objectiu clau per als investigadors, els responsables polítics i les empreses per igual. En aprofitar el poder de les tècniques informàtiques i d'aprenentatge automàtic (ML), és possible destacar els desafiaments d'assegurar els sistemes d'energia i optimitzar l'ús de l'energia, la qual cosa porta a la necessitat de tècniques avançades com a algorismes bio-inspirats i xarxes neuronals. Esta tesi doctoral té com a objectiu analitzar els programes i estratègies de gestió de la càrrega, el consum i la demanda en el panorama energètic actual. El nucli central presenta un estudi exhaustiu sobre la integració d'algorismes bio-inspirats, com l'optimització d'eixams de partícules (PSO) i els models de xarxes neuronals artificials (ANN) en els sistemes de gestió de la càrrega per a fer front als reptes de la gestió de la càrrega i utilitzar l'energia de manera eficient i segura. El cos principal d'esta tesi comprén tres publicacions científiques, cadascuna de les quals correspon a una etapa diferent dins del marc general d'investigació d'este estudi: la primera etapa proposa un sistema de monitoratge de baix cost per a aplicacions energètiques que introduïx un sistema SCADA basat en web rendible que era un del 80% més barat que una solució similar. L'arquitectura de baix cost proposada, dissenyada per a bancs de proves de microxarxes, oferix monitoratge en temps real, accessibilitat remota i control fàcil d'usar per a aplicacions acadèmiques i d'investigació. La segona etapa combina l'optimització híbrida d'eixam de partícules (PSO) en cascada amb xarxes neuronals feed-forward per a pronosticar i optimitzar amb precisió la demanda d'energia en una microxarxa en AC, millorant la integració de fonts d'energia renovables com a gasificació de biomassa. Els resultats mostren que el model PSO-ANN proposat té un rendiment un 23,2% millor en termes de MSE que els models d'RNA de retropropagació feed-forward (FF-BP) i propagació directa en cascada (CF-P). La tercera i última etapa es va centrar en un sistema intel·ligent de gestió de la càrrega reforçat amb criptografia híbrida per a garantir la comunicació protegida i la privacitat de les dades, abordant així de manera efectiva els desafiaments de seguretat energètica en entorns residencials. Els resultats van mostrar que el model proposat de Gestió de Càrrega aplicat a Sistemes Residencials de Seguretat (SRS-LM) va ser un 37% millor en rendiment (cost d'energia, utilització d'energia, temps computacional) i amb una reducció de càrrega màxima del 60% en comparació amb un model de Mesurador d'Energia Intel·ligent Universal (USEM). / [EN] Energy, communication, and computing are critical components of modern society, providing the foundation for technological development and economic growth. The close interrelation between these pillars has become increasingly apparent in recent years, as computing and data analysis advances have enabled new energy management and sustainability approaches. In this context, efficient energy usage has become a key focus for researchers, policymakers, and businesses alike. By harnessing the power of computing and machine learning (ML) techniques, it is possible to highlight the challenges of securing energy systems and optimizing energy usage, leading to the need for advanced techniques such as bio-inspired algorithms and neural networks. This doctoral thesis aims to analyse load consumption and demand management programs and strategies in the current energy landscape. The central core presents an study on integrating bio-inspired algorithms, such as particle swarm optimization (PSO) and artificial neural networks (ANN) models in load management systems to meet load management challenges and use energy efficiently and securely. The main body of this thesis comprises three scientific publications, each corresponding to a distinct stage within the overarching research framework of this study: the first stage covers the proposal of a low-cost architecture in energy systems introducing a cost-effective web-based SCADA system that was over 80% cheaper than a similar solution. The proposed low-cost architecture, tailored for microgrid testbeds, offers real-time monitoring, remote accessibility, and user-friendly control for academic and research applications. The second stage combined a cascade hybrid Particle Swarm Optimization (PSO) with feed-forward neural networks to accurately forecast and optimize energy demand in an AC microgrid, notably enhancing the integration of renewable energy sources like biomass gasification. The results showed that the proposed PSO-ANN model performs 23.2% better in terms of MSE than Feedforward Backpropagation (FF-BP) and Cascade forward propagation (CF-P) ANN models. The third and final stage focused on a smart load management system fortified with hybrid cryptography to ensure protected communication and data privacy, thereby effectively addressing energy security challenges in residential settings. Results showed that the proposed Security Residential System Load Management (SRS-LM) model was 37% better in performance (power cost, power utilization, computational time) and with a 60% peak load reduction compared to a Universal Smart Energy Meter (USEM) model. / Chiñas Palacios, CD. (2024). Bio-Inspired Algorithms and Artificial Neural Networks Applied to Smart Load Management Systems to Optimize Energy Usage [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203128 / Compendio

El consumo energético en viviendas es un tema actual y relevante, que genera preocupación a nivel mundial y europeo, ya que se ha evidenciado un agotamiento de los recursos energéticos cada vez más cercano en el tiempo (International Energy Agency, 2016). Tanto es así, que la Unión Europea (UE) financia un elevado número de proyectos que versan sobre el tema y los gobiernos aplican nuevas políticas con el objeto de reducir el consumo, poniendo en el punto de mira las emisiones de CO2 del sector residencial. La UE tiene por tanto un cierto papel de liderazgo mundial que ponen de manifiesto Hirsch, Lafuente et al. (2019, p. B8), con la aprobación de la directiva que define los requisitos de eficiencia energética de los edificios nuevos y de las rehabilitaciones importantes a partir de 2021. El objetivo principal de esta tesis doctoral es determinar la influencia económica que tiene el certificado de eficiencia energética (EPC) de las viviendas en el precio de venta ofertado en un caso de estudio, la provincia de Alicante. En la valoración de un inmueble intervienen multitud de aspectos que influyen en su precio final, factores propios como son la localización, la disposición de ascensor, la superficie del inmueble, el número de baños, etc. Sin embargo, hasta hace poco tiempo, los EPC no estaban incluidos dentro de las características propias del inmueble. Este tipo de análisis ha sido relativamente frecuente fuera de España, pero comparativamente existen pocos estudios al respecto en nuestro país. En cualquier caso, esta tesis doctoral aporta un análisis multinivel que a fecha de hoy se desconoce se haya utilizado para el objetivo descrito. La presente tesis se estructura en siete capítulos. Los dos primeros son de carácter introductorio y de síntesis de los diferentes modelos econométricos utilizados en el mercado inmobiliario, los restantes persiguen dar respuesta a los objetivos específicos de forma que se pueda alcanzar el objetivo principal. Concretamente, el segundo capítulo permite identificar las características, atributos o variables son más importantes para determinar el precio de un inmueble. Para ello se recopilan 140 investigaciones previas y se seleccionan las 20 variables más utilizadas, que se utilizarán como referencia para determinar las variables que deben seleccionarse en esta investigación. Con el tercer capítulo se persiguen dos objetivos. El primero, trata de cuantificar el valor de la prima económica -variación del precio de venta- de las viviendas que disponen de EPC frente a las que no lo tienen. El segundo, definir hasta donde han avanzado las investigaciones en este campo. Para todo ello se realiza una revisión sistemática con meta análisis y meta regresión a partir de la información recopilada, con el propósito de que los resultados de este apartado se puedan comparar con los resultados del presente análisis. En el cuarto capítulo se realiza un análisis descriptivo de una base de datos inédita que se ha confeccionado con la información de viviendas ofertadas en el mercado (superficie, número de baños, calificación energética, disponibilidad de ascensor, etc.), la ubicación de estas viviendas (población y comarcan donde se ubican, distancias a farmacias, centros de salud, hospitales, etc.), e información demográfica del barrio (porcentaje de personas con estudios universitarios, razón de dependencia, etc.). Este capítulo tiene por objeto contextualizar y describir los datos disponibles para realizar el estudio. En el quinto capítulo se estima la prima en el precio que se genera en las viviendas que disponen de calificación energética, a partir de los datos recopilados de la provincia de Alicante correspondientes al periodo de julio de 2017 a abril de 2018 y se utiliza como herramienta el Modelo de Precios Hedónicos (MPH) con estimaciones por Mínimos Cuadrados Ordinarios (MCO). El capítulo sexto se estima qué parte de la variabilidad del precio entre comarcas es explicada por la calificación energética con los datos recopilados de la provincia de Alicante correspondientes al periodo de julio de 2017 a abril de 2018 y se utiliza como herramienta el modelo multinivel. Así como, si la ubicación de las viviendas enmascara la prima del precio de venta que genera la calificación energética en los MPH del apartado anterior. Para terminar, en el capítulo séptimo, se recogen las conclusiones más importantes obtenidas en esta tesis. También se incluye un anexo que contiene los resultados completos de las estimaciones de los modelos estadísticos realizados en el presente documento.

[ES] El panorama de cambio climático y de escasez de recursos energéticos fósiles exige un cambio urgente de los modelos de habitar. Para la adaptación de los edificios a este cambio de paradigma es necesario reducir el impacto energético de su utilización de una forma controlada. El alcance de este objetivo precisa de bases metodológicas contrastadas y herramientas útiles y eficaces. La tesis de investigación desarrolla y analiza tres metodologías de caracterización del comportamiento térmico de los edificios existentes. Estas metodologías consideran el empleo de técnicas de monitorización térmica y simulación energética, diferentes escenarios futuros de cambio climático y el empleo de tecnologías de escaneado térmico tridimensional, para la creación y el ensayo predictivo de modelos térmicos de edificios. Cada una de estas metodologías ha sido aplicada a un caso de estudio diferente. Los ensayos de simulación que se han realizado, junto a los análisis y las discusiones de los resultados que se han obtenido, han permitido conocer los resultados de cada una de estas metodologías. Los dos primeros casos del estudio caracterizan el comportamiento térmico de edificios tradicionales en un clima mediterráneo, así como comportamientos futuros bajo diferentes escenarios de cambio climático. El tercer caso ensaya una metodología de monitorización que incluye la utilización de modelos termográficos tridimensionales que proporciona un mayor rendimiento operacional en los procesos de modelado energético y nuevas opciones de calibración de los modelos térmicos de edificios. / [CA] El canvi climàtic i d'escassetat de recursos energètics fòssils exigeixen un canvi urgent dels models d'habitar. Per a l'adaptació dels edificis a aquest canvi de paradigma és necessari reduir l'impacte energètic de la seua utilització d'una forma controlada. Aconseguir aquest objectiu necessita bases metodològiques contrastades i eines útils i eficaces. La investigació desenvolupa i analitza tres metodologies de caracterització del comportament tèrmic dels edificis existents. Aquestes metodologies consideren l'ús de tècniques de monitoratge tèrmic i simulació energètica, diferents escenaris futurs de canvi climàtic i l'ús de tecnologies d'escanejat tèrmic tridimensional, per a la creació i l'assaig predictiu models tèrmics d'edificis. Cadascuna d'aquestes metodologies ha sigut aplicada a un cas d'estudi diferent. Els assajos de simulació que s'han realitzat, al costat de les anàlisis i les discussions dels resultats obtinguts, ens han permés conéixer l'abast de cadascuna d'aquestes metodologies. Els dos primers casos de l'estudi caracteritzen el comportament tèrmic d'edificis tradicionals en un clima mediterrani, així com comportaments futurs baix diferents escenaris de canvi climàtic. El tercer cas assaja una metodologia de monitoratge que inclou la utilització de models termogràfics tridimensionals que proporciona un major rendiment operacional en els processos de modelatge / [EN] The climate change scenario and fossil energy resource scarcity urgently require a change in the patterns of living. To adapt buildings to this paradigm shift, it is necessary to reduce the energy impact of their use in a controlled manner. The achievement of this objective requires tested methodological bases and useful and effective tools. The research thesis develops and analyzes three methodologies for characterizing the thermal behavior of existing buildings. These methodologies consider the use of thermal monitoring and energy simulation techniques, different future climate change scenarios and the use of three-dimensional thermal scanning technologies, for the creation and predictive testing of thermal models of buildings. Each of these methodologies has been applied to a different case study. The simulation tests that have been carried out, together with the analyzes and discussions of the results obtained, have allowed us to know the scope of each of these methodologies. The first two cases of the study characterize the thermal behavior of traditional buildings in a Mediterranean climate, as well as future behavior under different climate change scenarios. The third case tests a monitoring methodology that includes the use of three-dimensional thermographic models that provide greater operational performance in energy modelling processes and greater possibilities for calibrating the thermal models of buildings. / Pérez Andreu, V. (2023). Análisis metodológico y experimental de modelos térmicos de edificios existentes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202612