Les Cinases de Proteïna (PKs) estan implicades en processos fonamentals de la regulació del cicle cel•lular. L’acumulació d’anomalies als mecanismes de control i el comportament disfuncional que se’n deriva han estat detectats a cèl•lules de diferents teixits afectades per càncer, desordres immunològics, endocrins, nerviosos, neurodegenaratius, cardiovasculars, malalties infeccioses, diabetis, Alzheimer, asma, restenosi, arteriosclerosi, leucèmia, artritis, etc. Però d’entre totes les PKs, les Cinases de Tirosina (TKs) han estat destacades com a l’element central de tots aquests processos i, per tant, han estat objecte d’una gegantina tasca investigadora que n’ha augmentat el seu innegable interès com a diana terapèutica. És per aquest motiu, que el desenvolupament d’inhibidors selectius de TKs ha esdevingut una àrea d’investigació molt activa. El Laboratori de Síntesi de l’IQS disposa d’una dilatada experiència de síntesi de compostos heterocíclics, especialment pirido[2,3-d]pirimidines, de gran semblança amb coneguts inhibidors de TKs. Malauradament, d’entre tots els building blocks emprats per les estratègies sintétiques desenvolupades, les guanidines (especialment les arilguanidines) sempre han limitat l’espai químic assequible per culpa de la poca diversitat d’aquests reactius comercialment disponibles. Per tant, l’objectiu fonamental d’aquest treball és desenvolupar una metodologia com més genèrica millor que permeti obtenir guanidines i, especialment arilguanidines, i que sigui compatible amb les eines sintètiques disponibles emprades per a l’obtenció massiva de pirido[2,3-d]pirimidines. Amb aquest objectiu s’optimitza un procediment de guanidinació d’amines amb àcid aminoiminometanosulfònic (AIMSOA, acrònim de l’anglès aminoiminomethanesulfonic acid) en metanol procurant acoblar-lo amb la reacció multicomponent de Victory. Desgraciadament els rendiments amb arilguanidines són baixos com a resultat de llur baixa nucleofília, llur degradació causada pel metanol i per la competència amb el dissolvent de reacció. Com a alternativa, s’assagen protocols de condensació de piridones en 1,4-dioxà per tal d’afavorir la nucleofília d’aquestes arilguanidines. Sorprenentment no s’obtenen directament les piridopirimidines sinó uns intermedis que després d’un procés de transposició de Dimroth donen lloc als heterobicicles esperats amb rendiments força superiors als descrits mitjançant altres metodologies. En darrer lloc, es planteja i estudia una nova proposta estratègica alternativa al tradicional plantejament del Laboratori de Síntesi de l’IQS per a la síntesi orientada a diversitat. Aquesta proposta implica la construcció de l’esquelet pirido[2,3-d]pirimidínic, seguida de la seva activació mitjançant bromació i diazotizació, i finalment introducció de la diversitat química desitjada. Arran d’aquest estudi s’ha obtingut i aïllat un intermedi de Wheland bicíclic mai descrit fins ara i que posteriorment és transformat per tractament amb DMSO en un terme piropirimidínic dibromat i deshidrogenat a l’anell piridònic. A més a més, s’han desenvolupat eines sintètiques per obtenir sistemes 4-oxopirido[2,3-d]pirimidínics partint de llurs anàlegs 4-amino, metodologies que són una alternativa molt atractiva de les estratègies ja desenvolupades. / Las Quinasas de Proteína (PKs) se hallan implicadas en procesos fundamentales de la regulación del ciclo celular. La acumulación de anomalías en los mecanismos de control y el consiguiente comportamiento disfuncional han sido detectados en células de diferentes tejidos afectadas por cáncer, desórdenes inmunológicos, endocrinos, nerviosos, neurodegenarativos, cardiovasculares, enfermedades infecciosas, diabetes, Alzheimer, asma, restenosis, arteriosclerosis, leucemia, artritis, etc. Pero de entre todas las PKs, las Quinasas de Tirosina (TKs) han demostrado ser un elemento central en todos estos procesos y, por tanto, han atraído sobre sí un enorme esfuerzo investigador que ha remarcado, su innegable interés como diana terapéutica. Así pues, el desarrollo de inhibidores selectivos de TKs se ha convertido en un área muy activa de investigación. El Laboratorio de Síntesis del IQS posee amplia experiencia en la síntesis de compuestos heterocíclicos, en especial pirido[2,3-d]pirimidinas, de gran similitud con inhibidores conocidos de TKs. Ahora bien, de todos los building blocks empleados en las estrategias sintéticas desarrolladas, las guanidinas (especialmente las arilguanidinas) siempre han limitado el espacio químico asequible por la poca diversidad de estos reactivos comercialmente asequibles. Por consiguiente, el objetivo fundamental del presente estudio es desarrollar una metodología para la obtención de guanidinas y, en especial de arilguanidinas, que sea compatible con las herramientas sintéticas disponibles para la obtención masiva de pirido[2,3-d]pirimidinas. A tal efecto se optimiza una guanidinación de aminas con ácido aminoiminometanosulfónico en metanol con vistas a poder acoplarlo con la reacción multicomponente de Victory. Desgraciadamente los rendimientos con arilguanidinas son bajos como consecuencia de su baja nucleofilia, su degradación por efecto del metanol y el efecto competente del disolvente de reacción. Para circunvalar este contratiempo se ensayan reacciones de condensación de piridonas en 1,4-dioxano para favorecer la nucleofilia de estas guanidinas. Sorpredentemente no se obtienen directamente las piridopirimidinas sino unos intermedios que tras un proceso de transposición de Dimroth rinden los heterobiciclos deseados con rendimientos bastante superiores a los referidos para otras metodologías. Por último, se propone y estudia una estrategia alternativa de síntesis orientado a diversidad. En este sentido, se construye el esqueleto pirido[2,3-d]pirimidínico para después activarlo mediante bromación y diazotización, y finalmente introducir la diversidad deseada. Fruto de este estudio se ha obtenido y aislado un intermedio de Wheland bicíclico que posteriormente rinde un término piropirimidínico dibromado y deshidrogenado en el anillo piridónico. Adicionalmente, se han desarrollado herramientas sintéticas para la obtención de sistemas 4-oxopirido[2,3-d]pirimidínicos a partir de sus análogos 4-amino. / Protein Kinases (PKs) are involved in basic cellular cycle regulatory mechanisms. Deregulation of those has been found on cells of different tissues with cancer, immunological disorders, endocrine disorders, nervous disorders, neurodegenerative disorders, cardiovascular disorders, infectious diseases, diabetes, Alzheimer syndrome, asthma, restenosis, atherosclerosis, leukemia, arthritis, and more. Among all the PKs huge family, Tyrosine Kinases (TKs) have been described as key point of those regulatory mechanisms and so stated as promising drug targets for treating such diseases. As a result of this biological knowledge, there have been a lot of developments in this field, resulting in some interesting and commercial TKs selective inhibitors. The Laboratori de Síntesi de l’IQS has developed some highly efficient heterocyclic synthetic procedures, especially for the synthesis of pyrido[2,3-d]pyrimidines that are structurally closely related to some well stated TKs inhibitors. Unfortunately, some of the building blocks used in those methodologies have a very narrow commercial variety and are only available from unusual vendors. This is the case for arylguanidines. As a result, the accessible chemical space is shortened. So then, the present work deals with the establishment of general procedures for the synthesis of arylguanidines and how to couple them with our previous described methodologies in order to obtain pyrido[2,3-d]pyrimidine libraries. Aminoiminomethanesulfonic acid (AIMSOA) is selected as guanidination agent and a protocol is optimized by Experimental Design. The coupling of this guanidination with the one-pot multicomponent Victory reaction is also studied. Unfortunately, coupling reaction yields with arylguanidines are very low as a result of lack of nucleophilicity, methanol mediated degradation and nucleophilic competition with this reaction solvent. Pyridone condensation with arylguanidines in 1,4-dioxane is stated as methodological alternative in order to improve nucleophilicity of the arylguanidines. Surprisingly, this procedure does not yield the expected pyridopyrimidines but a family of new, not previously described, heterobicyclic compunds that can be converted to the desired pyridopyrimidines through Dimroth rearrangement. The overall yields for the final pyridopyrimidines are higher with this new procedure than with the previous methodologies. Finally, a new global strategy is developed for the diversity oriented synthesis of 2-arylamino substituted pirido[2,3-d]pyrimidines. Firstly, the heterobicyclic skeleton is build and, secondly, this skeleton is activated by bromination and diazotization. Finally, diversity is introduced by substitution reactions. During this development a pyridopyrimidine Wheland intermediate, never described before ,has been isolated and its structure spectroscopically confirmed. The subsequent treatment of this compound with DMSO yields a new dibrominated pyridopyrimidine dehydrogenated on the pyridone ring. In addition, some synthetic procedures for the conversion of 4-aminopirido[2,3-d]pyrimidines into their 4-oxo analogues have been established. Such methodologies are auseful alternative to our old strategies for the synthesis of this kind of compounds.

The purpose of this PhD thesis was to investigate the sensitivity of the rheological, thermal, mechanical and fracture behaviours on the topological changes induced in two commercial PLA grades. PLA 2002D and PLA 4032D (NatureWorks, Belgium) with a D-lactide content of 4.25 and 2 %, respectively, were reactively modified in the melt with predetermined concentrations of a multi-functional epoxide agent. In a preliminary study, the evolution of the coupling reactions was followed by monitoring the torque versus time in an internal mixer device. Once all parameters were optimized, reactive extrusion was performed in a co-rotating twin screw extruder with a screw diameter of 25 mm (L/D=36). The main emphasize of this work was on the production of modified PLA sheets (thickness: 1 mm, width: 100 mm) through a one-step reactive extrusion-calendering process in pilot plant. Under similar processing conditions, the higher the D-lactide content, the lower was the reactivity of the PLA type towards the reactive agent. During processing, a competition between degradation and chain extension/branching reactions took place which led to a stabilization of the melt properties and an increase in the molecular weight (MW). Classical spectroscopic (FT-IR, NMR) and chromatographic (SEC-multiple detectors) methods failed to highlight structural differences between unmodified (PLA) and modified (PLA-REX) samples. On the other hand, rheological properties were significantly modified and suggest the formation of non-uniform branched structures, which include sparsely long chain branching (LCB) macromolecules. Both the melt elasticity and the melt response time increased. Bi-modal molecular weight distribution (MWD) spectra were inferred from the complex viscosity functions of PLA-REX samples which exhibit a double curvature in the shear-thinning regime. Based on these MWDs, a procedure is suggested to quantitatively estimate the amount of modified PLA chains from solely melt measurements. Thus, rheological measurements turned out to be a valuable tool for the detection and the quantification of small contents of topological changes in the work at hand. Thermal properties were slightly modified with the modification of the chain architecture. Upon constant heating, the maximum rate of conversion declined for PLA-REX samples; thus leading to a decrease in the degree of cold-crystallization. Thermal fractionation, according to the successive self-nucleation and annealing methodology, suggests a modification of the length distribution of crystallisable PLLA chain segments. In the present work, These trends mainly accounted from the increase in MW coupled with the enhanced concentration of defects into the polymeric chains (e.g. branch point). In the Tg region, the rate of enthalpy relaxation was found to decrease with increasing the entanglement network density under controlled aging periods at 30 °C. For a given thermal history, PLA-REX yielded comparative mechanical properties as those of PLA samples under uniaxial tensile loading. This is an important finding, because rheological properties (i.e. melt elasticity, viscosity, etc) may be controlled independently of the mechanical properties according to both the processing conditions and the concentrations of reactive agent used in the current study. While de-aged samples behaved in a ductile manner, aged samples were brittle. This behaviour was attributed to the effect of the physical aging process on the mechanical behaviour which commonly promotes the ductile/brittle transition. Regarding de-aged samples, the essential work of fracture analysis revealed no changes in the typical fracture parameters. Regarding aged PLA-REX samples, the energy consumed up to the onset of crack propagation was found to decrease due to an apparently decreased network extensibility, promoting a premature craze-crack transition. / El propósito de esta tesis doctoral ha sido investigar los efectos inducidos por cambios topológicos en dos grados comerciales de PLA en sus comportamientos reológicos, térmicos, mecánicos y a fractura. PLA 2002D y PLA 4032D con un contenido de enantiomero D igual a 4,25 y 2%, respectivamente, fueron modificados a través de un proceso de extrusión reactiva con concentraciones predeterminadas de un agente multifuncional con grupos epóxidos reactivos. En un estudio preliminar, la evolución de las reacciones de acoplamiento fue registrada a través del seguimiento del par de fuerzas en función del tiempo de mezcla en un dispositivo de mezclador interno. Una vez todos los parámetros optimizados, el proceso de extrusión reactiva se realizó en una extrusora doble husillo co-giratorio con un diámetro de usillo igual a 25 mm (L/D = 36). El principal objetivo de este trabajo, fue la producción de láminas de PLA modificadas estructuralmente a través de un proceso simultáneo de extrusión reactiva-calandrado en un solo paso. Bajo condiciones similares de procesamiento, cuando el contenido de enantiomero D sea mayor, la reactividad del tipo de PLA será menor hacia el agente reactivo. Durante el procesamiento, una competición entre degradación, extensión de cadenas y reacciones de ramificación conlleva a una estabilización de las propiedades del fundido y a un aumento en el peso molecular. Mientras que los métodos clásicos de espectroscopia (FT-IR, NMR) y cromatográfico (SEC-múltiples detectores) fallaron en resaltar cambios arquitecturales, las propiedades reológicas confirmaron la formación de estructuras ramificadas no uniformes, que incluyen escasamente ramificaciones largas. Tanto la elasticidad como la respuesta del fundido en el tiempo aumentaron. Los espectros de distribución de peso moleculares (MWD) bi-modal se infirieron de las funciones de viscosidad compleja de las muestras de PLA-REX las cuales presentan una doble curvatura en el régimen pseudo-plástico. En base a estos MWD, se sugiere un procedimiento, para estimar cuantitativamente la cantidad de cadenas de PLA modificadas a partir de mediciones realizadas únicamente en el fundido. Las propiedades térmicas se vieron ligeramente alteradas con la modificación de la arquitectura molecular. Tras un calentamiento constante, la tasa máxima de conversión para las muestras de PLA-REX se redujo; lo que conlleva a una disminución en el grado de cristalización en frío alcanzable. El fraccionamiento térmico, de acuerdo con la metodología de auto-nucleación y recocidos sucesivos (SSA), sugiere una modificación de la distribución de la longitud de los segmentos cristalizables de cadena de PLLA. En la región de Tg, los resultados sugieren una reducción de la cinética de envejecimiento físico con un aumento en la densidad de enredos físicos bajo períodos de envejecimiento controlados a 30 ° C. Para una historia térmica dada, las muestras de PLA-REX exhiben propiedades mecánicas comparativas a las muestras de PLA. Este podría ser considerado un hallazgo importante, puesto que las propiedades reológicas (elasticidad del fundido, viscosidad, etc.) pueden ser controladas de forma independiente a las propiedades mecánicas de acuerdo a las condiciones de procesamiento y a las concentraciones de agente reactivo utilizadas en el estudio actual. Mientras que las muestras rejuvenecidas presentaron un comportamiento dúctil, las muestras envejecidas resultaron frágiles. Este comportamiento, se atribuyó al efecto del proceso de envejecimiento físico en el comportamiento mecánico que promueve la transición dúctil/frágil. En las muestras rejuvenecidas, el trabajo esencial de fractura no reveló ningún cambio en los parámetros típicos de fractura. Por otra parte las muestras envejecidas de PLA-REX, la energía consumida hasta el inicio de la propagación de la grieta disminuyó debido a una disminución de la extensibilidad aparentemente de la red molecular, promoviendo una transición prematura

Chemical plants and other industrial installations process and store hazardous materials, which represent a certain risk to people, equipment and the environment. Overpressure is one of the most common upsets in process plants and relief devices (pressure relief valves, rupture discs, overpressure-vacuum valves) are required on process equipment to prevent internal pressures from rising to levels, which could cause catastrophic equipment failure. They are the ultimate line of protection against equipment rupture and are therefore extremely critical safety elements. However, this criticality is not always accounted for in existing plants and in the engineering of new ones, as a lot of pressure relief systems audits performed recently, especially in US, have demonstrated. As an example, a 2014 report from Siemens Energy, Inc. of Houston, pointed out that, after performing 1,197 pressure relief systems audits between 2005 and 2014, consisting of 174,943 pieces of equipment and 80,372 pressure relief devices, 47% of the relief devices had a deficiency, e.g. 13,4% were undersized. In another statistical study focused on the maintenance process of pressure relief valves conducted in 1995 and based on 13,000 items inspected in the workshop, it was found that 18% of the valves only opened at a pressure higher than 110% of the set pressure and 3% did not open at a pressure of twice the set pressure. Therefore, it is clear that a methodology for increasing the reliability of pressure relief devices would be very useful. A new methodology has been developed in this thesis based on an extension of the safety life cycle concept developed for the safety instrumented systems, according to the IEC 61511. This new methodology covers all the steps of the life cycle of a pressure relief valve: a) risk analysis; b) safety requirements specification; c) design; d) reception, installation and checking; e) operation, maintenance and revision; f) management of change; g) decommissioning h) verification and i) documentation and technical audits. This methodology has been applied to three existing petrochemical plants, obtaining results that validate it as a useful tool in the target of increasing the reliability of pressure relief valves. / Les plantes químiques i altres instal·lacions industrials processen i emmagatzemen materials perillosos, els quals representen risc per les persones, per els equips i per el medi ambient. La sobrepressió es una de les pertorbacions mes freqüents en les plantes de procés i els dispositius d’alleugeriment de pressió (vàlvules de seguretat, discs de trencament, vàlvules de sobrepressió-buit) són necessaris per prevenir que les pressions internes dels equips a pressió arribin a nivells, que puguin ocasionar la ruptura catastròfica del mateix. Aquests dispositius són l’ultima capa de protecció abans de la ruptura del equip i són, per tant, elements de seguretat molt crítics. Malauradament, aquesta criticitat no se la te sempre en compte en les plantes existents, ni tampoc en la enginyeria i construcció de plantes noves, com moltes auditories de sistemes d’alleugeriment de pressió realitzades recentment, especialment als Estats Units, han demostrat. Per exemple, un informe de Siemens Energy, Inc. de Houston del any 2014, indicava que després de haver realitzat 1197 auditories dels sistemes d'alleugeriment de pressió entre l'any 2005 i 2014, consistint en 174943 equips i 80373 dispositius d’alleugeriment de pressió, un 47% dels dispositius tenien una deficiència, per exemple, 13,4% estaven subdimensionats. En un altre estudi estadístic focalitzat en el manteniment de vàlvules de seguretat realitzat a l’any 1995 i basat en 13000 vàlvules inspeccionades al taller, es va trobar que el 18 % nomes obrien a una pressió mes alta que el 110% de la pressió de tarat i un 3% no obrien ni a una pressió del doble de la tarat. En conseqüència, esta clar que una metodologia per incrementar la fiabilitat dels dispositius d'alleugeriment de pressió seria molt útil. Una nova metodologia s’ha desenvolupat en aquesta tesi basada en una extensió del concepte del cicle de vida de seguretat funcional desenvolupat originalment per els sistemes instrumentats de seguretat, d’acord amb la IEC 61511. Aquesta nova metodologia avarca totes les etapes del cicle de vida d’una vàlvula de seguretat: a) anàlisi del risc, b) especificació dels requisits de seguretat, c) disseny, d) recepció, instal·lació i comprovació, e) operació, manteniment i revisió, f) gestió del canvi, g) donar de baixa h) verificació i i) documentació i auditoria tècnica. Aquesta nova metodologia ha estat aplicada a tres plantes petroquímiques existents, obtenint resultats que la validen com una eina útil per l’objectiu de augmentar la fiabilitat de les vàlvules de seguretat

En esta tesis se sintetiza y caracteriza un nuevo polímero basado en el biimidazol, el poli[4-4'(p-fenilen)-2,2'bi-1H-imidazol] (PBII), con el objetivo de evaluar su viabilidad como polímero conductor en membranas de pilas de combustible de alta temperatura. En la memoria del trabajo de tesis se indican los principales puntos desarrollados, así como las conclusiones del estudio: 1. Se detallan las fases de la síntesis y se verifican cada una de ellas mediante las técnicas de resonancia magnética nuclear o espectroscopía de infrarrojos. 2. Se caracteriza el polímero sintetizado mediante la aplicación de las técnicas de análisis elemental, termogravimetría, espectroscopia de infrarrojos, viscosidad intrínseca, cromatografía de exclusión molecular y se mide la conductividad mediante el método de las dos puntas. Los análisis realizados validan las características del PBII para su uso como polímero en membranas conductoras de protones y ponen de manifiesto que el PBII mejora la conductividad presentada por el ABPBI y el PBI, manteniendo una estabilidad térmica similar a dichos polímeros. 3. Se realizan membranas poliméricas basadas en PBII que se caracterizan mediante la técnica de microscopía electrónica de barrido y se utiliza el método de cuatro puntas para la medición de la conductividad. El estudio morfológico de la membrana muestra una superficie homogénea y sin porosidad. Adicionalmente, los resultados obtenidos en la conductividad permiten afirmar que las membranas basadas en PBII presentan un valor de conductividad más elevado que las de ABPBI y PBI. A modo de conclusión final puede decirse que la presente tesis aporta un nuevo polímero conductor, el poli[4-4'(pfenilen)-2,2'bi-1H-imidazol] (PBII), para la realización de membranas poliméricas en pilas de combustible. El PBII presenta mejores características de conductividad que el ABPBI y el PBI, manteniendo propiedades similares en cuanto a estabilidad térmica se refiere. Este trabajo ha permitido validar la potencialidad de los polímeros PBII en aplicaciones que serán cada vez más importantes como son las pilas de combustible de electrolito polímerico de alta temperatura. / This thesis synthesizes and characterizes a novel polymer based on biimidazole, the poly[4-4'(p-phenilen)-2,2'bi-1Himidazole](PBII), with the aim of evaluate its feasibility as conducting polymer in high temperature fuel cell membranes. The main carried out steps can be found in the PhD dissertation and the main conclusions are given in the following: 1. The synthetic pathway is detailed in the thesis and is validated by means of nuclear magnetic resonance or infrared spectroscopy. 2. The synthesized polymer is subsequently characterized by applying the techniques of elemental analysis, thermogravimetric analysis, infrared spectroscopy, intrinsic viscosity, gel permeation chromatography and the conductivity is measured by means of the two point probe method. The analysis validate the PBII characteristics for being used as polymer in proton conducting membranes and point out that the PBII improves the conductivity presented by the ABPBI and the PBI with a similar thermal stability. 3. Polymeric membranes based on PBII are developed and characterized by means of scanning electron microscope. The morphology study shows a homogeneous membrane surface without any porosity. The conductivity is measured by applying the four point probe method. The conductivity results of the PBII membranes are higher than the ones obtained with the ABPBI and PBI membranes. In conclusion this PhD dissertation presents a novel conducting polymer, the poly[4-4'(p-phenilen)-2,2'bi-1H-imidazole](PBII), to be used in the development of proton conducting fuel cell membranes. The PBII shows better conducting characteristics than the ABPBI and the PBI keeping similar thermal stability properties. This work validates the potentiality of the PBII polymers in applications that are becoming more important such as the high temperature polymer electrolite fuel cells.

Se ha desarrollado un modelo que permite calcular los perfiles de temperatura en el interior de las baldosas cerámicas durante su cocción; así como estimar la evolución de la curvatura de las piezas durante el calentamiento y cocción.Los resultados de las simulaciones se han contrastado con medidas experimentales obtenidas mediante un horno prototipo de laboratorio, que permite conocer las diferencias de temperatura entre las superficies superior e inferior de las probetas, así como su curvatura.

L’objecte del present estudi és la optimització d’un sistema de separació mitjançant llit mòbil simulat (SMB), mitjançant la seva simulació numèrica. Per a això, s’ha desenvolupat un mètode de simulació numèrica per columnes d’adsorció, per al model amb transport de matèria. D’aquesta manera, s’aconsegueix minimitzar el nombre de càlculs necessaris per a la simulació d’una columna cromatogràfica, sense pèrdua de precisió. S’ha desenvolupat i aplicat el mateix mètode per al model amb transport de matèria i difusió axial. Els resultats de la simulació de columnes cromatogràfiques per a una substància i per a barreges binàries han estat validats tot comparant-los amb resultats experimentals. A més, s’ha ampliat l’aplicabilitat dels mètodes teòrics d’optimització, a isotermes no lineals i no-Langmuir, mitjançant la integració numèrica de les corbes hodogràfiques. Aquest mètode d’integració permet simular el funcionament d’un conjunt de columnes de separació fins arribar a l’estat estacionari del sistema. Per a això s’ha desenvolupat un programa per a la simulació d’un sistema de llit mòbil simulat (SMB), capaç de simular diverses configuracions. S’han validat els resultats de la seva utilització tot comparant-ho amb resultats publicats a la bibliografia. S’ha establert una estratègia d’optimització dels paràmetres de funcionament d’un SMB, amb objecte de minimitzar el cost del sistema. S’han utilitzat els mètodes teòrics per a establir unes condicions de treball inicials per tal de ser posteriorment refinades mitjançant un algoritme símplex modificat. L’aplicació d’aquest mètode d’optimització a diversos casos publicats a la bibliografia, per a barreges binàries amb isoterma d’adsorció lineal, Langmuir i bi-Langmuir, aconsegueix en tots els casos reproduir o millorar els resultats originals. El mateix mètode s’ha utilitzat en algun dels casos per a proposar millores en la configuració del sistema. / El objeto del presente estudio es la optimización de un sistema de separación por lecho móvil simulado (SMB), mediante su simulación numérica. Para ello, se ha desarrollado un método de simulación numérica para columnas de adsorción, para el modelo con transporte de materia. Se consigue así minimizar el número de cálculos necesarios para la simulación de una columna cromatográfica, sin pérdida de precisión. Se ha desarrollado y aplicado el mismo método para el modelo con transporte de materia y difusión axial. Los resultados de la simulación de columnas cromatográficas para una sustancia y para mezclas binarias han sido validados comparándolos con resultados experimentales. Además, se ha ampliado la aplicabilidad de los métodos teóricos de optimización, a isotermas no lineales y no Langmuir, mediante la integración numérica de las curvas hodográficas. Este método de integración permite simular el funcionamiento de un conjunto de columnas de separación hasta alcanzar el estado estacionario del sistema. Para ello se ha desarrollado un programa para la simulación de un sistema de lecho móvil simulado (SMB), capaz de simular diversas configuraciones. Se han validado los resultados de su utilización comparándolo con resultados publicados en la bibliografía. Se ha establecido una estrategia de optimización de los parámetros de funcionamiento de un SMB, con objeto de minimizar el coste del sistema. Se han utilizado los métodos teóricos para establecer unas condiciones de trabajo iniciales para su posterior refinado mediante un algoritmo simplex modificado. Al aplicar este método de optimización a diversos casos publicados en la bibliografía, para mezclas binarias con isoterma de adsorción lineal, Langmuir y bi-Langmuir, se consigue en todos los casos reproducir o mejorar los resultados originales. El mismo método se ha utilizado en alguno de los casos para proponer mejoras en la configuración del sistema. / The purpose of this study is the optimization of a simulated moving bed system (SMB), by numerical simulation. To do this, we have developed a method for numerical simulation of adsorption columns, for the mass transport model. This method minimizes the number of calculations required for the simulation of a chromatographic column, without loss of accuracy. The same method has been developed and applied for the model with mass transfer and axial diffusion. The simulation results of chromatographic columns for one substance and for binary mixtures have been validated by comparing them with experimental results. Furthermore, it has been expanded the applicability of theoretical methods of optimization, nonlinear isotherms and Langmuir, by numerical integration of the hodographic curves. This method allows simulating the operation of a separation column up to the steady state of the system. For this it has been developed a program for simulating a simulated moving bed system (SMB) able to simulate various configurations. The results of its use compared with results published in the literature give a validation of the method. An optimization strategy of the operating parameters of a SMB has been established, in order to minimize the cost of the system. Theoretical methods had been used to establish initial working conditions for further refinement using a simplex algorithm. Applying this optimization method to several cases reported in the literature for binary mixtures with linear adsorption isotherm, Langmuir and bi-Langmuir, permitted in every case to reproduce or enhance the original results. The same method has been used in some cases to suggest improvements to the system configuration.

En el diseño de embutidos crudos curados enriquecidos en fibra alimentaria, es esencial la obtención de ingredientes funcionales de elevada calidad, que puedan ser incorporados en la formulación del embutido generando las menores modificaciones de las características físico-químicas y sensoriales del alimento. El principal objetivo de este trabajo consistió en optimizar la formulación de un embutido crudo curado enriquecido en un concentrado de fibra alimentaria de zanahoria. La formulación óptima debe proporcionar el contenido máximo de fibra alimentaria y producir los mínimos cambios de calidad respecto al producto tradicional. Se ha propuesto una metodología para optimizar ambos, la obtención de un concentrado de fibra alimentaria de alta calidad y también la formulación de un embutido crudo curado (sobrasada) enriquecido en fibra alimentaria. En primer lugar, se ha desarrollado un procedimiento que consiste en la modelización, simulación y optimización del proceso de secado convectivo de zanahoria. El procedimiento de optimización no solo se refiere a la transferencia de materia, sino también se incluyen los criterios relacionados con los atributos de calidad del producto final. Una vez obtenido el ingrediente funcional de calidad, fue incorporado en la formulación de la sobrasada. La cantidad óptima de concentrado de fibra alimentaria de zanahoria necesaria para obtener un embutido enriquecido de calidad se estimó mediante el análisis de los efectos de la adición de fibra alimentaria de zanahoria en el proceso de maduración-secado de sobrasada. / To design dry fermented sausages enriched in dietary fibre, it is essential to obtain high quality functional ingredients, which can be incorporated into sausage formulation with minor modifications of the physico-chemical and sensory properties of food. The main objective of this study was to optimize the formulation of a dry fermented sausage enriched with a dietary fibre concentrate from carrot. The optimal formulation should provide maximum dietary fibre content and produce minimal quality changes from the traditional product. A methodology has been proposed to optimize both the acquisition of a high quality fibre concentrate and also for the formulation of a dry fermented sausage (sobrassada) enriched in dietary fibre. First, a procedure comprised of mathematical modelling, simulation and optimization of the convective carrot drying process was developed. The optimization procedure was not only concerned with mass transfer but also included criteria related to quality attributes of the final product. Once the high quality functional ingredient was obtained, it was incorporated into the sobrassada formulation. The optimal amount of carrot dietary fibre concentrate necessary to obtain a high quality enriched sausage was estimated by analysing the effects of carrot dietary fibre addition to the ripening-drying process of sobrassada. / En el disseny d'embotits crus curats enriquits en fibra alimentària, és essencial l'obtenció d'ingredients funcionals d'elevada qualitat que puguin ser incorporats en la formulació de l'embotit generant les menors modificacions de les característiques fisicoquímiques i sensorials de l'aliment. El principal objectiu d'aquest treball va consistir a optimitzar la formulació d'un embotit cru curat enriquit en un concentrat de fibra alimentària de pastanaga. La formulació òptima ha de proporcionar el contingut màxim de fibra alimentària i produir la menor quantitat possible de canvis qualitatius respecte al producte tradicional. S'ha proposat una metodologia per optimitzar ambdós aspectes esmentats, l'obtenció d'un concentrat de fibra alimentària d'alta qualitat i també la formulació d'un embotit cru curat (sobrassada) enriquit en fibra alimentària. En primer lloc, s'ha desenvolupat un procediment que consisteix en la modelització, simulació i optimització del procés d'assecatge convectiu de pastanaga. El procediment d'optimització no només fa referència a la transferència de matèria, sinó que també inclou els criteris relacionats amb els atributs de qualitat del producte final. Una vegada obtingut l'ingredient funcional de qualitat, va ser incorporat en la formulació de la sobrassada. La quantitat òptima de concentrat de fibra alimentària de pastanaga necessària per obtenir un embotit enriquit de qualitat es va estimar mitjançant l'anàlisi dels efectes de l'addició de fibra alimentària de pastanaga en el procés de maduració/assecat de sobrassada.

La progressió de l'aterosclerosi i la trombosi en pacients amb risc de malaltia cardiovascular depèn en gran mesura de l'entorn únic a nivell físic i bioquímic cada individu. Característiques tals com l'arquitectura de la vasculatura, la composició bioquímica de la sang o el tipus de tractament defineixen el resultat de les intervencions cardiovasculars. La col•locació d'un stent o d'un bypass busca recuperar la permeabilitat del vas, però es veu limitada per la restenosis i la trombosi. El disseny de models multi-escala específics per a cada pacient pot ajudar a entendre la progressió d'aquests esdeveniments en tenir la capacitat per integrar les respostes cel•lulars microscòpiques en el context del flux macroscòpic i de les condicions estructurals. Aquests models poden proporcionar informació sobre com mitigar respostes adverses en funció de cada individu. Emprant mètodes in silico i in vitro prèviament validats, s'ha desenvolupat una plataforma de replicació arterial per reproduir bifurcacions vasculars coronàries i caròtides derivades d'imatges clíniques que s'han fet servir per generar arxius computacionals per a anàlisi in silico per una banda i per fabricar models arterials polimèrics biocompatibles per a anàlisis in vitro de l’altra. En paral•lel amb les simulacions de flux, els models físics van ser sembrats amb cèl•lules vasculars centrals en l'hemostàsia i la resposta a les lesions. Els models vasculars van ser exposats a fluxos fisiològics rellevants i a entorns urèmics, inflamatoris o anti-proliferatius. Després de la caracterització funcional dels models, el progrés de l'aterosclerosi i la trombosi es va quantificar a nivell local i es va correlacionar amb les característiques biològiques, químiques i físiques de l'entorn cel•lular. La quantitat de recirculació i la presència d'agents inflamatoris, productes químics anti proliferatius i de sèrum i soluts urèmics van ser crítics per a l'activació dels biomarcadors d'evolució d'aterosclerosi i trombosi . Plataformes integrades tals com la descrita en aquesta tesi podrien ser molt útils en una varietat de camps de la biomedicina. La plataforma pot ajudar els investigadors a respondre una sèrie de qüestions biològiques clínicament rellevants i té la capacitat de produir empelts vasculars bioimplantables en un futur pròxim. / La progresión de la aterosclerosis y la trombosis en pacientes con riesgo de enfermedad cardiovascular depende en gran medida del entorno único a nivel físico y bioquímico de cada individuo. Características tales como la arquitectura de la vasculatura, composición bioquímica de la sangre o el tipo de tratamiento definen el resultado de las intervenciones cardiovasculares. La colocación de un stent o de un bypass busca recuperar la permeabilidad del vaso, pero se ve limitada por la restenosis y la trombosis. El diseño de modelos multi-escala específicos para cada paciente puede ayudar a entender la progresión de estos eventos al tener capacidad para integrar las respuestas celulares microscópicas en el contexto del flujo macroscópico y de las condiciones estructurales. Dichos modelos pueden proporcionar información sobre cómo mitigar respuestas adversas en función de cada individuo. Usando métodos in silico e in vitro previamente validados se ha desarrollado una plataforma de replicación arterial para reproducir bifurcaciones vasculares coronarias y carótidas derivadas de imágenes clínicas, que se han usado para generar archivos computacionales para análisis in silico por un lado y para fabricar modelos arteriales poliméricos biocompatibles para análisis in vitro por otro. En paralelo con las simulaciones de flujo, los modelos físicos fueron sembrados con células vasculares centrales en la hemostasia y la respuesta a las lesiones. Los modelos vasculares fueron expuestos a flujos fisiológicos relevantes y a entornos urémicos, inflamatorios o anti proliferativos. Tras la caracterización funcional de los modelos, el progreso de la aterosclerosis y la trombosis se cuantificó a nivel local y se correlacionó con las características biológicas, químicas y físicas del entorno celular. La cantidad de recirculación y la presencia de agentes inflamatorios, productos químicos anti proliferativos y de suero y solutos urémicos fueron críticos para la activación de los biomarcadores de evolución de aterosclerosis y trombosis. Plataformas integradas tales como la descrita en esta tesis podrían ser muy útiles en una variedad de campos de la biomedicina. La plataforma puede ayudar a los investigadores a responder una serie de cuestiones biológicas clínicamente relevantes y tiene la capacidad de producir injertos vasculares bioimplantables en un futuro próximo. / Progression of atherosclerosis and thrombosis in patients at risk of cardiovascular disease depend heavily upon the unique physical and biochemical environment of each individual. Characteristics such as vessel architecture, biochemical composition of blood or type of treatment define the outcome of cardiovascular interventions. Stent placement and graft positioning seek to recover vessel patency, yet are limited by restenosis and thrombosis. Composite, patient-specific, multi-scale models able to integrate microscopic cellular responses in the context of relevant macroscopic flow and structural conditions may help understand the progression of these events, providing insight into how to mitigate adverse responses in specific settings and individuals. Based on previously validated in silico and in vitro methods, an arterial replication platform was developed. Vascular architectures from coronary and carotid bifurcations were derived from clinical imaging and used to generate conjoint computational meshing for in silico analysis and polymeric, biocompatible scaffolds for in vitro models. In parallel with three dimensional flow simulations, the geometrically-realistic constructs were seeded with vascular cells critical to vessel hemostasis and response to injury and exposed to relevant, physiologic flows and uremic, inflammatory or anti-proliferative conditions. Following functional characterization, in vitro surrogates of atherosclerotic and thrombogenic progression were locally quantified and correlated with the biological, chemical and physical characteristics of the cellular environment. The extent of recirculation and the presence of inflammatory agents, anti-proliferative chemicals and uremic serum and solutes were critical to the activation of atherosclerosis and thrombosis progression biomarkers. Integrated frameworks such as the one described in this thesis could be very useful in a range of biomedical fields. The platform may help researchers to answer an array of biological and clinically relevant questions and holds the capacity to cast bioimplantable vascular grafts in a close future.

En la present investigació es planteja una metodologia de caracterització de materials per alimentar el model constitutiu elastoplàstic de Von Mises amb enduriment isotròpic, per obtenir una millor resposta en simulacions computacionals estàtiques (CAE) de peces fabricades amb termoplàstics. Aquesta estratègia de caracterització ha de resultar simple pel que fa a aplicació, per a facilitar l’ús en l’exercici habitual d’indústria. Es presenten els models constitutius usualment utilitzats en el sector industrial per donar resposta a problemes de no linealitat de material en estàtica, per aquest tipus de polímers, que requereixin tan sol de l’assaig de tracció en la màquina universal. S’acompanya d’una declaració de les variables més influents sobre la resposta computacional. La metodologia proposa l’ús d’un Factor d’Escala Màster que permeti la reducció de la corba elastoplàstica per a una família de materials. Aquest factor de reducció s’utilitza, a la vegada, per la definició del límit de fluència i del mòdul secant elàstic de càlcul. S’ha avaluat el comportament mecànic d’una selecció de quatre materials, representatius de famílies utilitzades en sistemes d’interior d’automòbils, mitjançant mostres retallades de components reals. D’aquesta forma, es comprova el descens de les propietats mecàniques d’aquests materials en un context d’injecció usual en procés industrial. La nova estratègia de caracterització s’alimenta d’aquesta informació obtinguda en l’assaig de tracció. Es realitza la validació de la metodologia a través d’un assaig híbrid test-simulació sobre peça real injectada. Finalment s’ha efectuat un exercici de verificació de l’estratègia de caracterització sobre un conjunt real Mòdul Panell Porta, mitjançant correlació experimental. / En esta investigación se plantea una metodología de caracterización de materiales para alimentar el modelo constitutivo elastoplástico clásico de von Mises con endurecimiento isotrópico, para una mejor respuesta en simulaciones computacionales estáticas (CAE) de piezas fabricadas con termoplásticos. Esta estrategia de caracterización debe resultar simple en cuanto a aplicación, para facilitar el uso en el ejercicio habitual en industria. Se presentan los modelos constitutivos usualmente utilizados en el sector industrial para dar respuesta a problemas de no linealidad de material en estática, para este tipo de polímeros, que requieran tan solo del ensayo de tracción en máquina universal. Se acompaña de una declaración de las variables más influyentes en la respuesta computacional. La metodología propone el uso de un Factor de Escala Máster que permita la reducción de la curva elastoplástica para una familia de materiales. Este factor de reducción se utiliza, a su vez, para la definición del límite de fluencia y del módulo secante elástico de cálculo. Se ha procedido a evaluar el comportamiento mecánico de una selección de cuatro materiales, representativos de familias utilizadas en sistemas de interior de automóviles, mediante muestras recortadas de componentes reales. De esta forma, se comprueba el descenso de las propiedades mecánicas de estos materiales en un contexto de inyección usual en proceso industrial. La nueva estrategia de caracterización se alimenta de esta información hallada mediante el ensayo de tracción. Se realiza la validación de la metodología a través de un ensayo híbrido test-simulación sobre pieza real inyectada. Finalmente se lleva a cabo un ejercicio de verificación de la estrategia de caracterización sobre un conjunto real Módulo Panel Puerta, mediante correlación experimental. / This research project proposes a methodology for characterization of materials to feed the traditional elasto-plastic model with Von Mises isotropic hardening criterion. This is to achieve a better response in static computer simulations (CAE) for thermoplastic parts. This characterization strategy must be simple in application to facilitate regular use in industry. The models normally used in industry are presented to address issues of static material non-alignment for this class of polymers, only requiring the universal tensile strength machine test. It is accompanied by a statement of the most influential variables in the computational response. The methodology proposes the use of a Master Scale Factor that allows the reduction of the elasto-plastic curve for a class of materials. This reduction factor is used in turn to define the yield stress and the young modules. An evaluation of the mechanical behaviour from a selection of four materials is undertaken, representative classes of materials used in automotive interior systems. This was done by using samples cut from real components. Thus, the decrease of the mechanical properties of these materials in the context of the usual industrial injection process was evaluated. The new strategy characterization is fed by this information gained by the tensile strength test. A validation of the methodology is undertaken through a simulated hybrid test on an actual injected part. Finally, a verification exercise of the characterization strategy is conducted on a real door panel module assembly, through experimental correlation.

Cementitious materials are used to condition or stabilise waste and to build infrastructure in disposal sites. Moreover, they are envisaged to form part of engineered barrier systems as container, backfill or liner materials in radioactive waste disposal concepts. In the event of contact with water, contaminants dissolve and their mobility is influenced by the employed cementitious materials. Therefore, sound understanding of the interactions between contaminants and degrading cementitious materials in flowing water is essential for safety assessment. The aim of this study was to identify the processes affecting retention of caesium, nickel and selenium on Hardened Cement Paste (HCP) during its degradation, from sane to severely degraded states. The focus was put on the underlying mechanisms and possible remobilisation of previously retained contaminants due to the changing composition of the HCP. Caesium, as Cs(I), nickel, as Ni(II) and selenium, as Se(VI), were chosen because they are considered as safety relevant radionuclides for nuclear waste disposal, represent different chemical characteristics and their stable isotopes can be used in experiments. To address shortcomings of previous studies in this field a combined approach was developed. First, a previously used thin-layer flow-through reactor was adapted and improved for the needs of studying contaminant retention and release during degradation of the multiphase material HCP. Second, retention and degradation were studied in equilibrated batch systems as well. Regarding degradation of HCP the following results were obtained: (1) The thin-layer flow-through setup was established for degradation of HCP at far-from-equilibrium conditions and a number of relevant experimental data were obtained. (2) A kinetic degradation model satisfactorily reproduced experimental results on HCP degradation. For this, a set of dissolution rate constants of cement phases was optimised which can also be used for other modelling studies. (3) The same model also satisfactorily reproduces results from experiments with different aqueous CO2 concentrations and with different solution types, i.e. synthesised granitic groundwater (GG water) and deionised (DI) water. (4) When quantitatively comparing different solution types, degradation of HCP equilibrated with GG water is stronger than after equilibration with DI water, due to higher aqueous CO2 concentration. Further, the effects of carbonate buffering and carbonation on HCP at far-from-equilibrium conditions were identified and quantified. (5) Four characteristic stages of HCP degradation in flow-through conditions were classified, taking into account carbonate buffering effects. The different stages can be discerned on-line by measurement of pH, Ca and Si concentrations in outflow solutions. Regarding retention of Cs, Ni and Se(VI) in HCP conditioned systems the following results were obtained: (1) Caesium and selenate distribution coefficients were determined in equilibrated systems at different degradation states of HCP. (2) Caesium and selenate retention was quantified at flow conditions during continuous degradation of HCP in DI and GG water and likely retention mechanisms were narrowed down.(3) In the case of nickel, the solubility limiting phases formed in presence of HCP were identified at different degradation states. (4) The formation of a so far non-described nickel-silicate-hydrate was observed in the more degraded system at pH around 11.6. (5) The influence of different aqueous CO2 concentrations on Cs, Ni and Se(VI) retention was demonstrated to be minor. This study showed that the persistency of contaminant retention by adsorption in degrading cementitious systems is not only a question of distribution coefficients at different degradation states, but also a question of how fast these degradation states are reached. / Los materiales cementosos son usados para acondicionar y estabilizar los residuos, así como para construir las infraestructuras de los almacenes en los cuales son depositados. Dichos materiales están concebidos para formar parte de las barreras de ingeniería para residuos radiactivos. En el caso de contacto con el agua, los contaminantes presentes en los residuos se disolverán y su movilidad se verá afectada por los materiales cementosos utilizados. Por lo tanto, un profundo conocimiento de las interacciones entre los contaminantes y los materiales cementosos degradados por el agua corriente es esencial para evaluar la seguridad de los almacenes de residuos. El objetivo del estudio fue la identificación de los procesos de retención que afectan al Cs, Ni y Se durante la degradación del cemento endurecido (CE), desde estados sanos hasta estados de degradación elevados. El foco fue puesto en los mecanismos subyacentes y en la posible removilización de los contaminantes, previamente retenidos, debido a la cambiante composición del CE. Se desarrolló un enfoque combinado: Por un lado, se adaptó un reactor de flujo de capa fina, para abordar las necesidades requeridas en el estudio de la retención y la liberación de los contaminantes durante la degradación del material de CE multifase. Por otro lado, los procesos de retención y degradación fueron también estudiados mediante el uso de sistemas de tipo ¿batch¿. Con respecto a la degradación de CE se obtuvieron los siguientes resultados: 1) Se estableció la configuración de flujo continuo en capa fina para la degradación del CE en condiciones alejadas del equilibrio. 2) Los resultados experimentales obtenidos para la degradación del CE fueron reproducidos mediante un modelo de degradación cinética. Para ello, se optimizaron un conjunto de constantes de velocidad de disolución de las fases de cemento, las cuales también pueden ser utilizadas para otros estudios de modelización. 3) El mismo modelo también reprodujo, satisfactoriamente, los resultados de experimentos realizados con diferentes concentraciones acuosas de CO2 y con dos tipos de agua, la subterránea granítica (SG) y la desionizada (DI). 4) Se demostró una mayor degradación del CE cuando está equilibrado con agua SG comparado con agua DI. Este efecto es debido a una mayor concentración acuosa de CO2 en el agua SG. Además, se identificó y cuantificó el efecto tampón del carbonato y de la carbonatación del CE en condiciones alejadas del equilibrio. 5) Se clasificaron cuatro etapas características de la degradación del CE en condiciones de flujo continuo, teniendo en cuenta los efectos del tampón carbonato. Las diferentes etapas se pueden distinguir durante el experimento mediante la medición del pH y de las concentraciones de Ca y Si en la solución a la salida del reactor. Con respecto a la retención de Cs, Ni y Se(VI) en sistemas acondicionados con CE se obtuvieron los siguientes resultados: 1) Se determinaron los coeficientes de distribución de Cs y Se(VI) en sistemas equilibrados a diferentes estados de degradación. 2) Se cuantificó la retención de Cs y Se(VI) en condiciones de flujo durante la degradación continua de CE en agua del tipo DI y SG, y los posibles mecanismos de retención se acotaron. 3) En el caso del Ni, se identificaron las diferentes fases limitantes de la solubilidad formadas en presencia del CE a diferentes estados de degradación. 4) Se observó la formación de un silicato de níquel hidratado, no descrito hasta la fecha, en el sistema más degradado con un valor de pH alrededor de 11.6. 5) Se demostró que la influencia de diferentes concentraciones acuosas de CO2 en la retención de Cs, Ni y Se(VI) es mínima. Este estudio ha demostrado que la persistencia de la retención de contaminantes, atribuida a la adsorción, no es sólo debida a los coeficientes de distribución a diferentes estados de degradación, sino que depende también de la velocidad a la cual los diferentes estados de degradación son alcanzados