La presente tesis pretende seguir la línea de investigación sobre caracterización experimental y modelado de sistemas de refrigeración, usando hidrocarburos (HCs) como refrigerantes, iniciada en 1994 por el grupo IMST (Investigación y Modelado de Sistemas Térmicos) en el Instituto de Ingeniería Energética de la Universidad Politécnica de Valencia. Esta línea responde a la necesidad que existe de encontrar soluciones alternativas a la utilización de los refrigerantes CFCs y HCFCs por su efecto degradante de la capa de ozono y HFCs por su potencial al calentamiento global. El principal objetivo de esta tesis ha sido analizar, a partir de medidas experimentales y con la ayuda de un modelo matemático validado con dichas medidas, la interrelación entre las condiciones de funcionamiento y las diferentes pérdidas energéticas que existen en el interior del compresor al trabajar con R407C (HFC) y su posible sustituto, el Propano (HC) como refrigerante natural inocuo para el medio ambiente. El modelo matemático utilizado, puramente teórico, permite obtener las variables internas de un compresor de desplazamiento positivo a partir de las condiciones de funcionamiento. Para ello aborda los dos principales problemas físicos existentes, el de dinámica del fluido (problema hidráulico) y el de transmisión de calor entre elementos internos (problema térmico), calculando cada uno de ellos por separado y resolviendo el problema conjunto iterativamente. Su uso ha permitido explicar los comportamientos experimentales observados en las diferentes condiciones de operación, esclareciendo en cada una de ellas el efecto de las pérdidas energéticas en el interior del compresor. La caracterización experimental del compresor se ha llevado en un banco de ensayos calorimétrico, en el que se controlan automáticamente tanto las presiones de aspiración y descarga, como el recalentamiento y el subenfriamiento del ciclo. / Alonso Burgal, J. (2012). Estudio experimental del efecto de las condiciones de funcionamiento de un compresor de pistón hermético en su rendimiento, trabajando con Propano y R407C. Análisis teórico de los resultados mediante un modelo matemático avanzado [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15575 / Palancia

Los tendones juegan un papel clave en la mecánica articular. Estos tejidos poseen una actividad celular escasa y poca capacidad de regenerarse; debido a ello cuando sufren una lesión grave, se requiere el uso de prótesis sintéticas. Debido a los numerosos problemas que presentan las prótesis actuales, se presenta un nuevo concepto de prótesis tendinosa diseñada siguiendo las estrategias de la Ingeniería Tisular del tendón. El concepto que presentamos es el de una prótesis apta para tendón, que tras su implante, se degrada mientras induce la autoregeneración del tejido natural. Para conseguirlo, la prótesis se cultiva, previamente o durante el implante, con células capaces de inducir la regeneración del tejido natural. Para acelerar esta regeneración se puede hacer uso de factores estimulantes, tales como factores de crecimiento y biorreactores. La prótesis consta de un trenzado hueco de ácido poli-L-láctico (PLA), que reproduce el comportamiento mecánico del tendón o ligamento natural. El hueco del trenzado va relleno de una combinación de micropartículas de PLA y ácido hialurónico (HA), que sirven de soporte (scaffold) a las células precursoras de los tenocitos. Este combinado es introducido mediante una jeringuilla en el interior del trenzado. La parte exterior del trenzado lleva un recubrimiento de HA que evita las adherencias de la prótesis con los tejidos circundantes, permitiendo, sin embargo, el suministro de nutrientes a las células del interior de la trenza. Objetivos Se pretende verificar que el nuevo concepto de prótesis es apto para tal aplicación. Para ello una vez diseñado el prototipo se ha realizado una caracterización física, química y mecánica, para cerciorarnos que las propiedades de los materiales que la forman se asemejan a las propiedades del tejido a reemplazar. Además se ha realizado una caracterización biológica para observar el comportamiento de diferentes fuentes celulares, al mismo tiempo que se han usado factores estimulantes (factores de crecimiento y biorreactor) para estudiar la respuesta celular a estos estímulos y observar si se produce diferenciación celular, incremento en la producción de matriz extracelular y alineamiento celular, entre otros. Elementos de la metodología a destacar Se ha utilizado numerosas técnicas para la fabricación y caracterización de los materiales, incluyendo el diseño y la fabricación de un biorreactor. Resultados logrados. Tras el estudio de caracterización física, química y mecánica de los materiales se ha demostrado que poseen características idóneas para ser utilizados en la fabricación de una futura prótesis tendinosa. Con respecto a los ensayos biológicos se ha podido comprobar que las células cultivadas muestran un buen comportamiento proliferando y adhiriéndose al material. Además, los resultados indican que el uso de los factores estimulantes promueve la diferenciación tenocítica, demostrando que las células mesenquimales provenientes de médula ósea son una fuente celular apropiada para utilizarlas en la regeneración tendinosa. / Araque Monrós, MC. (2013). DESARROLLO DE UNA PRÓTESIS REGENERATIVA DE TENDÓN [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/30313 / TESIS

El objetivo principal de esta tesis ha sido el estudio del modelado Euleriano-Lagrangiano (E-L) 3D-CFD como herramienta para el análisis de la dinámica y estructura del chorro Diesel en condiciones de inyección y ambientales similares a las que existen en un motor. Como hipótesis simplificativas se ha considerado el chorro libre (sin interacción con la pared de la cámara de combustión) e inerte. La investigación ha partido de una revisión de los procesos físicos que tienen lugar en el chorro desde la perspectiva del modelado E-L 3D-CFD. Esta revisión ha permitido en primera instancia identi¿car las características y limitaciones del planteamiento. Seguidamente, se ha desarrollado una metodología de análisis de la estructura del chorro simulado basándose en indicadores con contrastación experimental, fundamentalmente la penetración del chorro, así como de otros que han permitido describir de manera detallada la dinámica del flujo en el chorro. Empleando estos indicadores se han llevado a cabo estudios de sensibilidad del modelo a diferentes parámetros numéricos y de sub-modelos de turbulencia y de chorro. En base a ellos se ha definido una con¿guración numérica de referencia para las simulaciones posteriormente realizadas. Por otra parte, la inconsistencia del modelo E-L estándar en la zona cercana a la tobera, debido a la alta densidad de gotas que invalida diferentes hipótesis de partida, ha dado pie al desarrollo de un planteamiento que combina un modelo Euleriano-1D basado en la teoría del chorro gaseoso turbulento con el E-L 3D-CFD. De esta manera se ha podido mejorar los resultados de las simulaciones de chorro en dicha zona. Finalmente, la comparación con resultados experimentales de las simulaciones en diferentes condiciones con los modelos estándar 3D y 1D3D ha permitido evaluar el planteamiento propuesto en esta tesis y completar una descripción y análisis de la evolución del chorro Diese / Chávez Cobo, MDJ. (2013). Modelado CFD Euleriano-Lagrangiano del chorro diesel y evaluación de su combinación con modelos fenomenológicos y unidimensionales [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32954 / TESIS

This thesis is focused on the development and evaluation of different hybrid scaffolds for the treatment of injuries in cartilage or bone. These hybrid materials were three-dimensional polycaprolactone macroporous scaffolds obtained through freeze extraction and particle leaching combined method and modified with hyaluronic acid or mineral particles. In order to facilitate the description of the obtained results, the thesis is divided in two sections dedicated to bone and cartilage tissue engineering respectively. In the case of bone tissue engineering we addressed the treatment of disorders associated with the spine that require spinal immobilization. This Thesis proposes the development of a synthetic macroporous support for intervertebral fusion as an alternative to commercial bone substitutes. Macroporous scaffolds were developed with bare polycaprolactone or its blends with polylactic acid in order to increase its mechanical properties and degradation rate. Furthermore, the scaffolds obtained were reinforced with hydroxyapatite or Bioglass®45S5 to improve their mechanical properties and turn them in bioactive scaffolds. The supports were characterized physicochemically and biologically to determine if they met the requirements of the project. Finally, materials were tested in vivo in a bone critical size defect preformed in a rabbit model against a commercial support. Cartilage engineering has been extensively studied in the last years due to the inherent limited self repair ability of this tissue. The second part of the thesis was focused in developing a construct composed by in vitro differentiated chondrocyte like cells in a hybrid scaffold for cartilage tissue engineering. Polycaprolactone hybrid substrates coated with hyaluronic acid scaffold were developed obtaining a substrate with positive influence over the development of chondrocyte phenotype in culture and able to protect the cells from excessive mechanical loading in the joint. Cell-scaffolds constructs were obtained combining hybrid scaffolds with mesenchymal stem cells and differentiating them to chondrocytes using chondrogenic culture medium combined with hypoxia, mechanical stimulus or co-culture. Finally the cellularized scaffolds were mechanically, biochemically and histologically characterized to determine the production of extracellular matrix and expression of chondrogenic markers. / Ródenas Rochina, J. (2015). Scaffold surface modifications and culture conditions as key parameters to develop cartilage and bone tissue engineering implants [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48526 / TESIS

During the last two centuries, the development of the internal combustion engine has followed the evolution of the customer expectations. From the race for pure performances, high power, and fun to drive, perfectly well illustrated by the fabulous Mercedes 300 SL, the focus moved towards fuel efficient engines under the pressure of the still increasing oil prices. The well-known Diesel powertrain, up to this period limited to industrial vehicles, suddenly became the object of many researches, even for automotive manufacturers, specialists for sport cars. Technologic developments, mainly concerning turbocharging and injection, allowed the opening of the passenger cars market to CI engines due to acceptable noise, power and still unreachable efficiency. On the gasoline side, direct injection moved from racing to economic cars by the introduction of the stratified combustion. More recently, the pressure rose for dramatically reducing the air pollution, both in urban areas, by limiting NOx and soot, but also, at the scale of the earth, for managing CO2 rejections and thereby enlarging the efforts on efficiency. The two first combustion systems described in this document are concerning spray guided and air guided design alternatives to obtain a fuel stratification, and thereby operate the gasoline engine without throttling the air intake, aiming at a better fuel efficiency. The first concept, called MID3S, was based on a 3 valve combustion chamber with a large squish area and a high compression ratio over 12; inspired from the May Fireball system, it was developed with a house made high pressure injector operating up to 80 bars with an outwardly opening needle. An ultra-lean flame-able mixture was formed at WOT in the vicinity of the spark plug for different operating points as low as idle, while the maximum performances were quite close to the targeted 37 kW/l. The efficiency was significantly improved compared to a similar MPI engine while CO and HC were quite acceptable. On the contrary, NOx and soot would have to be improved. The robustness of the squish aerodynamic motion was unfortunately balanced by the sensitivity of spray angle and penetration versus the back pressure and thereby late injection timings, creating plug wetting and fouling. The hollow cone structure of the fuel plume was clearly responsible of this behavior, especially because of the effect of the air entrainment inside the spray. An increase of the injection pressure from 30 to 80 bar, and probably upper, would probably reduce this effect. Concerning methodologies, a dedicated cylinder head was designed with two endoscope locations in order to visualize the interaction between spray, air, walls and combustion –or more precisely soot- with a high speed camera operating within visible wavelengths. The spray structure, formed by a succession of ligaments at the surface of the plume, was clearly emphasized in atmospheric conditions. The second design, called K5M, was based on an adjustable high tumble motion generated in the intake port. A swirl injector provided by Siemens and located between the two intake valves of the pent roof chamber, was operated until 80 bar. Mixture preparation was relying on the interaction between the air motion and the spray, the tumble velocity deviating fuel droplets towards the spark plug situated at the center of the chamber. 3D CFD simulation, PIV and LIF visualization techniques on an optical single cylinder engine were used in parallel in order to understand the spatial evolution of the equivalence ratio during the cycle and the ability to operate the engine at WOT, even at part load. At low BMEP and speed, the natural reduction of the tumble intensity might have been followed by a significant reduction of the injection pressure in order to secure an accurate balance between the two momentum energies; unfortunately, both high cycle to cycle aerodynamic fluctuations and a poor spray atomization at 30 bar didn’t allow to achieve an acceptable ignition stability at low loads due to a too lean mixture in the plug vicinity. Protruded electrodes could have been a solution to the problem but their reliable use in serial life was not secured. On the contrary, mid load performances were globally adequate. The third concept is concerning Diesel combustion aiming at very low NOx and soot emissions by using an innovative injection system. The basic idea relies on the use of a quite homogeneous combustion at low load –called Mild HCCI- and on a diffusion controlled one at higher loads. Based on two injections close one of the other in the vicinity of TDC, the Mild HCCI allows to moderate the combustion noise inherent to the premixed burning phase as the fuel injected during the second injection cools down the first combustion; the advantages of very low NOx and soot emissions until around 8 bar BMEP are meanwhile maintained. Above this value, the noise level becomes unacceptable for automotive applications and the come back to a conventional diffusive combustion becomes mandatory. Based on early academic investigations pointing out the positive effect of small nozzle holes associated to high injection pressures in terms of soot via a significant difference between the lift-off length and the liquid penetration length, an innovative injection system was adapted to a conventional combustion chamber. The first conclusion was concerning a significant improvement of the NOx/soot tradeoff at mid and high loads with quite usual EGR rates. This advantage was due to a much better fuel atomization linked to both small holes and high pressures. The second conclusion was related to the possibility to achieve a “0 soot/ 0 NOx” combustion at high loads while very much increasing EGR and air mass flows. In this case, a Lifted Flame Diffusion Controlled combustion was generated, confirming on a scale 1 engine the results obtained in academic conditions. Nevertheless, the use of 3D simulation allowed to demonstrate that mixture preparation was only one part of the result; the location of the different stages of the combustion in a Kamimoto diagram, much away from the NOx and soot peninsula, highlighted the impact of the LTC (Low Temperature Combustion) thermodynamics. Unfortunately, despite these good results, industrially available EGR and air systems are not able to provide the necessary mass flows. Concerning tools, the development steps were followed by intensive spray visualizations for both the liquid and the vapor phases, in conditions closer and closer to the actual engine. These measurements allowed to precisely evaluate the impact of the diameter size, the rail pressure and the oxygen content on the difference between lift-off and liquid lengths. Finally, the importance of coupling investigation tools like visualization and 3D simulation in conditions as close as possible to the actual engine in terms of temperature, pressure and timing –eg the ability to record a complete mixture and combustion cycle- has been emphasized for both future SI and Diesel engines. In particular, the forecasted increase of the rail pressures will lead to re-optimize the different available spray models and eventually to re-adapt them in terms of physical phenomena because of the great variations of the spray velocity and of the Weber number. The presence of cavitation in the nozzle holes will also have to be taken into account as it has a key role versus coking. In conclusion, it is quite clear that the development of stratified gasoline and low emissions Diesel engines will more and more rely on the mixture preparation and on its association with low gas temperatures. / Gastaldi, P. (2015). INFLUENCE OF THE MIXTURE PREPARATION ON THE COMBUSTION IN DIRECT INJECTION ENGINES [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48534 / TESIS

[ES] El poli glycerol sebacato es un polímero que posee gran versatilidad gracias a sus propiedades mecánicas adaptables en función del proceso de síntesis que le preceda. Posee características tales como gran biocompatibilidad y buena biodegradabilidad que le confieren un gran atractivo en el ámbito de la ingeniería tisular y de diversas aplicaciones biomédicas como liberación de fármacos. Dichas propiedades son proporcionadas gracias a sus componentes principales, glicerol y ácido sebácico, ya que ambos poseen la aprobación de la “U.S. Food and Drug Administration”. Para sintetizar dicho polímero, se emplea un proceso de policondensación basado en dos etapas. La primera llamada prepolimerización, suele durar alrededor de 24h y se efectúa a altas temperaturas y bajo una atmósfera inerte de nitrógeno o argón. La siguiente etapa, la de polimerización, requiere de periodos más largos, alrededor de 48h, bajo las mismas condiciones de temperatura. En este proceso es cuando se suele emplear el uso de moldes para poder general el soporte material necesario para futuras aplicaciones biomédicas. Como se mencionaba anteriormente, posee alta capacidad de adaptabilidad mecánica en función de qué parámetros de síntesis sean los empleados. Entre los parámetros que más afectan a las propiedades finales de la red polimérica de PGS se encuentran la temperatura, el tiempo de reacción y el ratio de sus componentes principales. A pesar de que la síntesis se realice del mismo modo en diferentes grupos de investigación, el material final que se obtiene puede variar mucho de uno a otro. Esto es debido a la inconsistencia en los procesos de síntesis y al desconocimiento de los efectos de los diferentes parámetros de síntesis. Por ello, un mayor entendimiento del proceso de síntesis es necesario, pudiendo reducir los costes de producción y permitir la producción a escala de este biomaterial. En primer lugar, se estudió la etapa temprana de síntesis, la prepolimeración, mediante diversas técnicas de caracterización para determinar las propiedades fisicoquímicas del prepolímero durante los primeros momentos de su síntesis. Los resultaros mostraron la cinética de la reacción de policondensación entre los diferentes hidroxilos del glicerol y los carboxilos del ácido sebácico, formando en primer lugar cadenas largas mediante la reacción de los hidroxilos primarios, que luego, durante el proceso de polimerización entrecruzaban a través de la reacción de los remanentes hidroxilos secundarios. Además de ello, se planteó una hipótesis acerca de uno de los parámetros de síntesis que no se habían estudiado anteriormente, la atmosfera aplicada. Este estudio reveló como las atmósferas inertes favorecen la generación de una red más ordenada, pero con menor grado de entrecruzamiento, mientras que atmósferas más oxidativas generaban una estructura menos organizada, pero con mayor entrecruzamiento de su red polimérica. Para concluir, se empleó el PGS para poder resolver un problema de índole biológica. Se buscaba estudiar el efecto de la variación de la temperatura de curado del PGS mediante proteínas pertenecientes a la matriz extracelular (fibronectina y colágeno tipo I) en las etapas tempranas de adhesión de células de cordón umbilical humano. Para ello fue necesario la optimización de la técnica de recubrimiento material llamada spin coating para lograr obtener recubrimientos lo suficientemente finos como para que su rugosidad no afecte al comportamiento de las proteínas y las células durante el estudio in vitro de los diferentes efectos de las diferentes redes poliméricas. / [EN] Poly (glycerol sebacate) is a polymer that has great versatility thanks to its adaptable mechanical properties depending on the synthesis process that precedes it. It has characteristics such as great biocompatibility and good biodegradability that make it highly attractive in the field of tissue engineering and biomedical applications such as drug delivery. These properties are provided thanks to its main components, glycerol and sebacic acid since both have the approval of the "U.S. Food and Drug Administration". To synthesize the named polymer, a two-stage polycondensation process is used. The first called prepolymerization, usually lasts around 24 hours and is carried out at high temperatures and under inert atmosphere of nitrogen or argon. The next stage, the polymerization stage, requires longer periods, around 48 hours, under the same temperature conditions. To generate the material scaffold necessary for future biomedical applications moulds templates are usually used. As mentioned previously, it has a high capacity for mechanical adaptability depending on which synthesis parameters are used. Among the parameters that most affect the final properties of the PGS polymer network are temperature, reaction time and the ratio of its main components. Although the synthesis is carried out in the same way in different research groups, the final material obtained can vary greatly from one to the other. This is due to the inconsistency in the synthesis processes and the lack of knowledge of the effects of the different synthesis parameters. Therefore, a better understanding of the synthesis process is necessary, being able to reduce production costs and allow the production of this biomaterial at scale. Consequently, the early stage of synthesis (prepolymerization), was first studied by using various characterization techniques to determine its physicochemical properties during the first moments of its synthesis. The results showed the kinetic tendency of the polycondensation reaction between the different hydroxyls of glycerol and the carboxyls of sebacic acid. Firstly, linear chains are formed by the reaction of the primary hydroxyls, which then, during the polymerization process, cross-link through the reaction of the secondary hydroxyl remnants. In addition to this, a hypothesis was raised about one of the synthesis parameters that had not been previously studied, the applied atmosphere. This study revealed how inert atmospheres favour the generation of a more ordered network but with a lesser degree of crosslinking, while more oxidative atmospheres generated a less organized structure but with greater crosslinking of its polymeric network. To conclude, PGS was used to solve a biological problem. The aim was to study the effect of the variation of the PGS curing temperature using proteins belonging to the extracellular matrix (fibronectin and type I collagen) in the early stages of adhesion of human umbilical cord cells. For this, it was necessary to optimize the material coating technique called spin coating to obtain coatings thin enough so that their roughness does not affect the behaviour of proteins and cells during the in vitro study of the different effects of the different polymeric networks. / [CA] El poli (glycerol sebacato) és un polímer que posseeix gran versatilitat gràcies a les seves propietats mecàniques adaptables en funció del procés de síntesi que el precedeixi. Posseeix característiques com ara gran biocompatibilitat i bona biodegradabilitat que li confereixen un gran atractiu en l'àmbit de l'enginyeria tissular i de diverses aplicacions biomèdiques com a alliberament de fàrmacs. Aquestes propietats són proporcionades gràcies als seus components principals, glicerol i àcid sebácico, ja que tots dos tenen l'aprovació de la "U.S. Aliments i medicaments ". Per sintetitzar dit polímer, s'empra un procés de policondensació basat en dues etapes. La primera, anomenada prepolimerizació, sol durar al voltant de 24hores i s'efectua a altes temperatures i sota una atmosfera inert de nitrogen o argó. La següent etapa, la de polimerització, requereix de períodes més llargs, al voltant de 48 hores, sota les mateixes condicions de temperatura. En aquest procés és quan se sol emprar l'ús de motlles per a poder general el suport material necessari per a futures aplicacions biomèdiques. Com s'esmentava anteriorment, posseeix alta capacitat d'adaptabilitat mecànica en funció de quins paràmetres de síntesi siguin els empleats. Entre els paràmetres que més afecten a les propietats finals de la xarxa polimèrica de PGS es troben la temperatura, el temps de reacció i la ràtio dels seus components principals. Tot i que la síntesi es faci de la mateixa manera en diferents grups de recerca, el material final que s'obté pot variar molt d'un a un altre. Això és a causa de la inconsistència en els processos de síntesi i a el desconeixement dels efectes dels diferents paràmetres de síntesi. Per això un major enteniment del procés de síntesi és necessari i pot reduir els costos de producció i permetre la producció a escala d'aquest biomaterial. Per això en primer lloc es estudi l'etapa primerenca de síntesi, la prepolimerizació, mitjançant diverses tècniques de caracterització per a determinar les propietats fisicoquímiques de l'prepolímer durant els primers moments de la seva síntesi. Els resultar-van mostrar la tendència cinètica de la reacció de policondensació entre els diferents hidroxils de l'glicerol i els carboxils de l'àcid sebácico. Formant en primer lloc cadenes llargues mitjançant la reacció dels hidroxils primaris, que després, durant el procés de polimerització s'entrecreuaven a través de la reacció dels romanents hidroxils secundaris. A més d'això, es va plantejar una hipòtesi sobre un dels paràmetres de síntesi que no s'havien estudiat anteriorment, l'atmosfera aplicada. Aquest estudi va revelar com les atmosferes inerts afavoreixen la generació d'una xarxa més ordenada però amb menor grau d'entrecreuament, mentre que atmosferes més oxidatives generaven una estructura menys organitzada però amb major entrecreuament de la seva xarxa polimèrica. Per concloure, es va emprar el PGS per poder resoldre un problema d'índole biològica. Es buscava estudiar l'efecte de la variació de la temperatura de curat de l'PGS mitjançant proteïnes pertanyents a la matriu extracel·lular (fibronectina i col·lagen tipus I) en les etapes primerenques d'adhesió de cèl·lules de cordó umbilical humà. Per això va ser necessari l'optimització de la tècnica de recobriment material anomenada spin coating per aconseguir obtenir recobriments prou fins com perquè la seva rugositat no afecti el comportament de les proteïnes i les cèl·lules durant l'estudi in vitro dels diferents efectes de les diferents xarxes polimèriques. / Martín Cabezuelo, R. (2020). Monitoring of the parameters of synthesis of poly(glycerol sebacate) and influence on the physicochemical and biological properties of its elastomer [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/152824 / TESIS

This thesis presents a new application for in-cylinder pressure sensors in internal combustion engines. The new method takes profit of the high-frequency content of the in-cylinder pressure signal to determine the speed of sound evolution during the expansion stroke and combines this estimation with the low-frequency content of the pressure signal and a volume estimation to obtain a measurement of the trapped mass. The new method is based on the studies of the resonance phenomenon in pent-roof combustion chambers and proposes three calibration procedures to determine the resonant frequency evolution when bowl-in-piston geometries are considered. The Fourier transform has been modified in order to include harmonics with frequency variations, which allows a rapid identification of the resonant modes with no need of time-frequency analysis, e.g. STFT or WD. The main limitation of the method resides in the resonance excitation, which may be insufficient in low-load conditions, such as idle. An observer is presented to overcome that problem. The observer takes into account the dynamics of the sensors, the dynamics at the intake manifold, and combines current flow sensors with intermittent measurements, such as the trapped mass obtained by the resonance method, to provide the system with accurate and robust measurements of the trapped mass, the EGR, and the composition at the exhaust. The trapped mass obtained by the resonance method has been compared with auxiliary methods in various experimental facilities: in a SI engine, where no EGR exist, the differences founded were below 1%, in a conventional CI light-duty engine the average of the differences over 808 operating conditions accounted for a 2.64 %, in a research heavy-duty RCCI engine, with EGR, port fuel gasoline, and direct diesel injections, the average difference was 2.17 %, and in a research two-strokes single cylinder engine, where significant short-circuit and residual gases exist, the differences founded were 4.36 %. In all the studied cases the differences founded with the reference estimation can be attributed to the auxiliary method employed and its expected error. In order to demonstrate the potential of the resonance method four applications for control and diagnosis of internal combustion engines have been proposed: the estimation of residuals in engines with NVO, the prediction of knock in SI engines, the estimation of the exhaust gases temperature, and a NOx model for CI engines. In the four applications the method was compared with current methodologies and with additional sensors, demonstrating the improvement in accuracy and a cycle-to-cycle resolution. / Esta tesis presenta una nueva aplicación para los sensores de presión en cámara. El nuevo método utiliza el contenido de alta frecuencia de la señal de presión en cámara para estimar la evolución de la velocidad del sonido durante la expansión de los gases de escape y combina esta estimación con el contenido de baja frecuencia de la presión en cámara y el volumen instantáneo de la cámara para obtener una medida de la masa atrapada. El nuevo método está basado en los estudios de la resonancia en cámaras de combustión cilíndricas y propone tres procedimientos de calibración para estimar la evolución de la frecuencia de resonancia en cámaras de combustión con bowl. La transformada de Fourier ha sido modificada para considerar harmónicos con frecuencias que varían en el tiempo, lo que permite una rápida identificación de los modos de resonancia sin necesidad de utilizar un análisis en tiempo frecuencia, como por ejemplo STFT o WD. La principal limitación del método es la necesidad de excitación suficiente de la resonancia, que puede impedir su uso en condiciones de baja carga como el ralentí. Para solventar este problema se ha diseñado un observador. El observador incluye las dinámicas de los sensores, las dinámicas del colector de admisión, y combina los sensores actuales de flujo con medidas intermitentes (como la medida ofrecida por el nuevo método de la resonancia) para obtener medidas de la masa atrapada, del EGR y de la composición en el escape precisas y robustas. La medida de la masa atrapada obtenida por el método de la resonancia ha sido comparado con métodos auxiliares en diferentes instalaciones experimentales: en un motor SI, sin EGR, las diferencias con los sensores eran menores del 1%, en un motor convencional CI la media de las diferencias sobre 808 puntos de operación distintos ha sido de 2.64 %, en un motor de investigación con EGR, con inyección gasolina en el colector e inyección directa de diesel, las diferencias fueron de 2.17 %, y en un motor de investigación de dos tiempos, donde existían grandes cantidades de corto-circuito y gases residuales, las diferencias fueron de 4.36 %. En todos los casos estudiados las diferencias encontradas pueden ser atribuidas a los errores que caracterizan los métodos auxiliares utilizados para obtener la medida de referencia. Finalmente, para demostrar el potencial del método se han desarrollado cuatro aplicaciones para control y diagnóstico de motores de combustión interna alternativos: la estimación de gases residuales en motores con NVO, la predicción de knock en motores SI, la estimación de la temperatura de los gases de escape, y un modelo de NOx para motores CI. En las cuatro aplicaciones el método ha sido comparado con los sistemas de medidas actuales y con sensores adicionales, demostrando mejoras importantes en la precisión de la medida y una resolución de un solo ciclo. / Aquesta tesi presenta una nova aplicació per als sensors de pressió en cambra. El nou mètode utilitza el contingut d'alta freqüència del senyal de pressió en cambra per estimar l'evolució de la velocitat del so durant l'expansió dels gasos d'eixida i combina aquesta estimació amb el contingut de baixa freqüència de la pressió en cambra i el volum instantani de la cambra per obtenir una mesura de la massa atrapada. El nou mètode està desenvolupat dels estudis de la ressonància en cambres de combustió cilíndriques i proposa tres procediments de calibratge per estimar l'evolució de la freqüència de ressonància en cambres de combustió amb bowl. La transformada de Fourier ha sigut modificada per considerar harmònics amb freqüències que varien en el temps, el que permet una ràpida identificació dels modes de ressonància sense necessitat d'utilitzar una anàlisi en temps-freqüència, com per exemple la STFT o la WD. La principal limitació del mètode és la necessitat d'excitació suficient de la ressonància, que pot impedir el seu ús en condicions de baixa càrrega, com al ralentí. Per solucionar aquest problema s'ha desenvolupat un observador. L'observador inclou les dinàmiques dels sensors, les dinàmiques del col·lector d'admissió, i combina els sensors actuals de flux amb mesures intermitents (com l'obtinguda pel nou mètode de la ressonància) per obtenir mesures de la massa atrapada, del EGR i de la composició d'eixida precises i robustes. La mesura de la massa atrapada obtinguda pel mètode de la ressonància ha sigut comparada en mètodes auxiliars en diferents instal·lacions experimentals: a un motor SI, sense EGR, les diferencies amb els sensors estaven per davall de l'1 %, a un motor convencional CI la mitja de les diferències sobre 808 punts d'operació diferents ha sigut de 2.64 %, a un motor d'investigació, en EGR, en injecció gasolina en el col·lector i injecció directa de dièsel, les diferències van ser de 2.17 %, i a un motor d'investigació de dos temps, on existien grans quantitats de curtcircuit i residuals, les diferencies foren de 4.36 %. En tots els casos estudiats les diferències trobades poden ser atribuïdes als errors que caracteritzen els mètodes auxiliars utilitzats per obtenir la mesura de referència. Finalment, per demostrar el potencial del mètode s'han desenvolupat quatre aplicacions per al control i diagnòstic de motors de combustió interna alternatius: l'estimació de gasos residuals en motors amb NVO, la predicció de knock en motors SI, l'estimació de la temperatura dels gasos d'eixida, i un model de NOx per a motors CI. En les quatre aplicacions el mètode ha sigut comparat amb els sistemes de mesures actuals i amb sensors addicionals, demostrant millores importants en la precisió de la mesura i una resolució de solament un cicle. / Bares Moreno, P. (2017). In-cylinder pressure resonance analysis for trapped mass estimation in automotive engines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90423 / TESIS

The present work consists of an investigation on the first physical-mathematical theories applied to the study of the artificial flight with airplanes, and in particular the treatment of the problem of longitudinal stability. The minimally analytical-formal contributions of G. Cayley, A. Pénaud, O. Lilienthal, A. Zahm and the W. & O. Wright brothers are analyzed. The mathematically stronger publications of N. E. Zhukowsky, H. Bryan, F. Ferber, F. W. Lanchester, R. Soreau, P. Painlevé, G. de Bothezat and T. Von Kármán & E. Trefftz, are also studied. Also included is the study of the eminently informative contribution of E. A. Duchêne. The period analyzed covers from 1799 to 1913. / El presente trabajo consiste en una investigación crítico-histórica sobre las primeras teorías físico-matemáticas aplicadas al estudio del vuelo artificial con aeroplanos, y particularmente el tratamiento del problema de la estabilidad longitudinal. Se analizan las aportaciones mínimamente analítico-formales de G. Cayley, A. Pénaud, O. Lilienthal, A. Zahm y los hermanos W. & O. Wright. Se estudian también las publicaciones matemáticamente más sólidas de N. E. Zhukowsky, H. G. Bryan, F. Ferber, F. W. Lanchester, R. Soreau, P. Painlevé, G. de Bothezat y T. Von Kármán & E. Trefftz. Se incluye también el estudio de la aportación eminentemente divulgativa de E. A. Duchêne. El período analizado abarca desde 1799 hasta 1913. / El present treball consisteix en una investigació sobre les primeres teories físico-matemàtiques aplicades a l'estudi del vol artificial amb aeroplans, i particularment el tractament del problema de l'estabilitat longitudinal. S'analitzen les aportacions mínimament analítico-formals de G. Cayley, A. Pénaud, O. Lilienthal, A. Zahm i els germans W. & O. Wright. S'estudien també les publicacions matemàticament més sòlides de N.E. Zhukowsky, H.G. Bryan, F. Ferber, F.W. Lanchester, R.Soreau, P. Painlevé, G. de Bothezat y T. Von Kárman & E. Trefftz. S'inclou també l'estudi de l'aportació eminentment divulgativa d' E.A. Duchêne. El periode analitzat abarca des de 1799 fins 1913. / Magraner Rullan, JP. (2017). Análisis crítico-histórico de las teorías pioneras sobre la estabilidad longitudinal de los aviones (1799-1913) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90542 / TESIS

Hyaluronic acid (HA) is an essential molecule in the development of many tissues in the organism, as well as in their regeneration. Although, its physicochemical properties greatly limit its use as a cell support material in clinical applications unless its chemical structure is modified or is accompanied by other molecules. In this thesis a tridimensional scaffold has been made consisting of hyaluronic acid and a second material, an acrylic polymer (poly[ethyl acrylate] or PEA) able to be polymerized by free-radical polymerization inside HA after lyophilisation. The resultant interpenetrating polymer network (IPN) has been analyzed in order to measure its properties and compare them to similar scaffolds made from the two separate polymers, with the aim to compare the effects produced by the synthesis technique in the physical and chemical properties of HA. The viability of these materials in cell applications has been tested through in vitro assays using L929 fibroblasts. Additionally, several modifications have been made to the initial synthesis technique in order to obtain different proportions from the two components - HA and PEA - in the materials. The properties of these IPNs have been measured to reveal the effects produced by every step along their synthesis. The biomaterials produced though the techniques described here may offer interesting systems for cell culture and/or cell transplants in future clinical applications that wish to incorporate hyaluronic acid in the shape of a stable tridimensional scaffold. / El ácido hialurónico (HA) es una molécula imprescindible en la formación de muchos tejidos del organismo, así como en la regeneración de los mismos. No obstante, sus propiedades físico-químicas limitan enormemente su uso como material para el soporte de células en aplicaciones clínicas si no se modifica su estructura química o se acompaña de otras moléculas. En esta tesis se ha sintetizado un constructo tridimensional de ácido hialurónico acompañado por un segundo material, un polímero acrílico (el poliacrilato de etilo, o PEA) capaz de polimerizar por vía radical en el interior del HA tras liofilizarlo. La red interpenetrada polimérica (IPN) resultante ha sido analizada para medir sus propiedades y compararlas con constructos semejantes realizados a partir de ambos polímeros por separado, con el objetivo de comprobar los efectos de la técnica de síntesis en las propiedades físico-químicas del HA. La viabilidad de estos materiales en aplicaciones con células ha sido comprobada mediante la realización de ensayos in vitro con fibroblastos L929. De forma adicional, se han llevado a cabo varias modificaciones de la técnica inicial de síntesis para obtener distintas proporciones de ambos componentes - HA y PEA - en los materiales. Las propiedades de esta serie de IPNs han sido medidas y comparadas con su método de síntesis y composición final con tal de dilucidar el efecto que produce cada paso de la síntesis en las mismas. Los biomateriales producidos mediante las técnicas aquí descritas pueden ofrecer sistemas interesantes para el cultivo y/o trasplante de células en futuras aplicaciones clínicas que deseen incorporar el ácido hialurónico en forma de constructo tridimensional estable. / L'àcid hialurònic (HA) és una molècula imprescindible en la formació de molts teixits de l'organisme, així com en la regeneració dels mateixos. D'altra banda, les seves propietats físico-químiques limiten enormement el seu ús com a material per al suport de cèl¿lules en aplicacions clíniques si no se'n modifica l'estructura química o se l'acompanya d'altres molècules. En aquesta tesi s'ha sintetitzat un constructe tridimensional d'àcid hialurònic acompanyat d'un segon material, un polímer acrílic (el poliacrilat d'etil, o PEA) capaç de polimeritzar per via radical a l'interior del HA després de liofilitzar-lo. La xarxa interpenetrada polimèrica (IPN) resultant ha sigut analitzada per mesurar les seves propietats i comparar-les amb constructes semblants realitzats a partir d'ambdós polímers per separat, amb l'objectiu de comprovar els efectes de la tècnica de síntesi en les propietats físiques y químiques del HA. La viabilitat d'aquests materials en aplicacions amb cèl¿lules ha sigut comprovada mitjançant la realització d'assajos in vitro amb fibroblasts L929. Addicionalment, s'han dut a terme vàries modificacions en la tècnica inicial de síntesi per tal d'obtenir diferents proporcions d'ambdós components - HA i PEA - als materials. Les propietats d'aquesta sèrie de IPNs han sigut mesurades per tal de revelar l'efecte que produeix cada pas de la síntesi sobre les mateixes. Els biomaterials produïts mitjançant les tècniques aquí exposades poden oferir sistemes interessants pel cultiu y/o trasplantament de cèl¿lules en futures aplicacions clíniques que desitgin incorporar l'àcid hialurònic en forma de constructe tridimensional estable. / Rodríguez Pérez, E. (2017). Diseño de nuevos biomateriales basados en redes poliméricas interpenetradas de ácido hialurónico y polímeros acrílicos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90632 / TESIS

En las últimas décadas ha avanzado mucho la comprensión científica sobre el proceso de combustión de los chorros diesel de inyección directa gracias al desarrollo de todo tipo de técnicas e instalaciones ópticas. Además, se han desarrollado y mejorado una gran cantidad de modelos de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), los cuales se usan para el desarrollo de motores altamente eficientes y con bajas emisiones. Sin embargo, debido a la complejidad de los procesos físicos y químicos involucrados en este proceso de combustión, así como a las limitaciones significativas de los experimentos, aún hay muchas cuestiones sin responder: ¿Cómo afecta la combustión a la dinámica del chorro? ¿Cómo cuantificar de forma efectiva la cantidad de hollín y la temperatura del mismo en la llama? ¿Cómo afecta el flujo del aire y las inyecciones partidas al desarrollo del chorro y a la formación de hollín en condiciones no quiescente? Para ayudar a resolver las preguntas planteadas, el objetivo de este trabajo se pone en investigar al dinámica del chorro y la formación de hollín de los chorros Diesel de inyección directa en condiciones quiescentes y no quiescentes por medio de diferentes técnicas ópticas. El trabajo se ha dividido en dos bloques principales. El primero está centrado en el estudio de las modificaciones inducidas por la combustión en la dinámica del chorro, así como la caracterización de la formación de hollín en la llama, todo ello en condiciones quiescentes. Dichas condiciones son proporcionadas por una maqueta de flujo continuo a alta presión y temperatura. La expansión radial y axial del chorro reactivo se ha investigado usando n-dodecano, n-heptano y una mezcla binaria de combustibles primarios de referencia (80% n-heptano y 20% iso-octano en masa), basándose en una base de datos existente medida mediante visualización de schlieren. Se ha estudiado tanto el papel de las condiciones de operación como las propiedades del combustible. A continuación se ha desarrollado por primera vez una técnica combinada de extinción-radiación, aplicada a la medida de hollín en llamas diesel. Gracias a esta técnica, tanto la fracción volumétrica de hollín como la temperatura se obtuvieron simultáneamente considerando los efectos de la autoabsorción en la radiación. Todo este trabajo se ha desarrollado dentro del marco de actividades de la Engine Combustion Network (ECN). El segundo bloque corresponde a la caracterización de la dinámica del chorro y de la formación de hollín en condiciones no quiescentes, que ocurren en la cámara de combustión de un motor monocilíndrico de dos tiempos con accesos ópticos. En esta parte, se ha llevado a cabo en primer lugar la visualización del chorro para una inyección única en condiciones no-reactivas y reactivas. Se han aplicado la visualización simultánea de schlieren y de la quimioluminiscencia del radical OH* para obtener la penetración del chorro y la longitud de despegue de la llama, mientras que la visualización de la extinción de ombroscopía difusa (DBI) se ha aplicado para cuantificar la formaciónde hollín. Los resultados se han comparado con los de la base de datos de la Engine Combustion Network antes mencionados, para estudiar los efectos del movimiento del aire inducido por el movimiento del pistón sobre el desarrollo del chorro y del hollín. Finalmente, se han usado diferentes estrategias de inyección partida para estudiar cómo la primera inyección afecta a los procesos de mezcla y a formación de hollín de la segunda, al cambiar el tiempo de separación entre ambos eventos de inyección o la cantidad inyectada en el primer pulso. / In recent decades, the scientific understanding of the combustion process of direct injection diesel spray has progressed a lot, thanks to the development of all kinds of optical facilities and techniques. In addition, a large amount of efficient and accurate Computational Fluid Dynamics (CFD) models, which are used for the design of highly efficient, low emission engines has been developed and improved. However, because of the complexity of the physical and chemical process involved in this combustion process, as well as significant experimental limitations and uncertainties, there are still a lot of remaining questions: How does combustion affect spray dynamics? How can in-flame soot amount and soot temperature be quantified effectively? How do the airflow and split-injection affect spray development and soot formation under non-quiescent conditions? To help solve these raised questions, the objective of this work is set to investigate the spray dynamics and soot formation process of direct injection diesel sprays under both quiescent and non-quiescent conditions by means of different optical techniques. The work has been divided into two main blocks. The first one is focused on the study of combustion-induced modifications in spray dynamics, as well as the characterization of in-flame soot formation under quiescent conditions. The quiescent conditions are provided by a kind of high-temperature high-pressure constant flow vessel. The radial and axial reacting spray expansion were investigated using n-dodecane, n-heptane and one binary blend of Primary Reference Fuels (80% n-heptane and 20% iso-octane in mass) based on an existing database from Schlieren imaging technique. Both operating conditions and fuel properties on this combustion-induced expansion were studied. Next, a combined extinction-radiation technique was first developed and applied in diesel spray soot measurement. Thanks to this technique, both the in-flame soot volume fraction and temperature were obtained simultaneously by considering the self-absorption effect on radiation. All this work has been carried out within the framework of activities of the engine combustion network (ECN). The second block corresponds to the characterization of spray dynamics and soot formation under non-quiescent conditions, which occur within the combustion chamber of a single-cylinder two-stroke optical engine. In this part, the spray visualization for single-injection under both non-reacting and reacting operating conditions was conducted first. Schlieren and OH * chemiluminescence were simultaneously applied to obtain the spray tip penetration and flame lift-off length, while the Diffuse Back Illumination (DBI) extinction imaging was applied to quantify the instantaneous soot formation. Results were compared with Engine Combustion Network database mentioned above to study the airflow effects induced by piston movement on spray and soot development. Finally, different split-injection strategies were used to study how the first injection affects the mixing and soot formation processes of the second one, by changing the dwell time between both injection events or the first injection quantity. / En les últimes dècades ha avançat molt la comprensió científica sobre el procés de combustió dels dolls dièsel d'injecció directa gràcies al desenvolupament de tot tipus de tècniques i instal·lacions òptiques. A més, s'han desenvolupat i millorat una gran quantitat de models de Dinàmica de Fluids Computacional (CFD), els quals s'usen per al desenvolupament de motors altament eficients i amb baixes emissions. No obstant açò, a causa de la complexitat dels processos físics i químics involucrats en aquest procés de combustió, així com de les limitacions significatives dels experiments, encara hi ha moltes qüestions sense respondre: Com afecta la combustió a la dinàmica del doll? Com quantificar de forma efectiva la quantitat de sutge i la temperatura del mateix en la flama? Com afecta el flux de l'aire i les injeccions partides al desenvolupament del doll i a la formació de sutge en condicions no quiescents? Per a ajudar a resoldre les preguntes plantejades, l'objectiu d'aquest treball es posa a investigar al dinàmica del doll i la formació de sutge dels dolls Dièsel d'injecció directa en condicions quiescents i no quiescents per mitjançant diferents tècniques òptiques. El treball s'ha dividit en dos blocs principals. El primer està centrat en l'estudi de les modificacions induïdes per la combustió en la dinàmica del doll, així com la caracterització de la formació de sutge en la flama, tot açò en condicions quiescents. Aquestes condicions són proporcionades per una maqueta de flux continu a alta pressió i temperatura. L'expansió radial i axial del doll reactiu s'ha investigat usant n-dodecà, n-heptà i una mescla binària de combustibles primaris de referència (80% n-heptà i 20% iso-octà en massa), basant-se en una base de dades existent mesura mitjançant visualització de schlieren. S'ha estudiat tant el paper de les condicions d'operació com les propietats del combustible. A continuació s'ha desenvolupat per primera vegada una tècnica combinada d'extinció-radiació, aplicada a la mesura de sutge en flames dièsel. Gràcies a aquesta tècnica, tant la fracció volumètrica de sutge com la temperatura es van obtenir simultàniament considerant els efectes de l'autoabsorció en la radiació. Tot aquest treball s'ha desenvolupat dins del marc d'activitats de la Engine Combustion Network (ECN). El segon bloc correspon a la caracterització de la dinàmica del doll i de la formació de sutge en condicions no quiescents, que ocorren en la cambra de combustió d'un motor monocilíndric de dos temps amb accessos òptics. En aquesta part, s'ha dut a terme en primer lloc la visualització del doll per a una injecció única en condicions no-reactives i reactives. S'han aplicat la visualització simultània de schlieren i de la quimioluminescència del radical OH* per a obtenir la penetració del doll i la longitud d'enlairament de la flama, mentre que la visualització de l'extinció d'ombroscopia difusa (DBI) s'ha aplicat per a quantificar la formaciónde sutge. Els resultats s'han comparat amb els de la base de dades de la Engine Combustion Network abans esmentats, per a estudiar els efectes del moviment de l'aire induït pel moviment del pistó sobre el desenvolupament del doll i del sutge. Finalment, s'han usat diferents estratègies d'injecció partida per a estudiar com la primera injecció afecta als processos de mescla i a formació de sutge de la segona, en canviar el temps de separació entre tots dos esdeveniments d'injecció o la quantitat injectada en el primer pols. / Xuan, T. (2017). Optical investigations on Diesel spray dynamics and in-flame soot formation [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/94626 / TESIS