[ES] La comprensión de los fenómenos físicos que acontecen en la región densa (también conocida como campo cercano) durante la atomización de los sprays ha sido una de las mayores incógnitas a la hora de estudiar sus aplicaciones. En el sector industrial, el rango de interés abarca desde toberas en aplicaciones propulsivas a sprays en aplicaciones médicas, agrícolas o culinarias. Esta evidente falta de conocimiento obliga a realizar simplificaciones en la modelización, provocando resultados poco precisos y la necesidad de grandes caracterizaciones experimentales en la fase de diseño. De esta manera, los procesos de rotura del spray y atomización primaria se consideran problemas físicos fundamentales, cuya complejidad viene dada como resultado de un flujo multifásico en un régimen altamente turbulento, originando escenarios caóticos. El análisis de este problema es extremadamente complejo debido a la ausencia sustancial de teorías validadas referentes a los fenómenos físicos involucrados como son la turbulencia y la atomización. Además, la combinación de la naturaleza multifásica del flujo y su comportamiento turbulento resultan en una gran dificultad para afrontar el problema. Durante los últimos 10 años, las técnicas experimentales han sido finalmente capaces de visualizar la región densa, pero la confianza, análisis y efectividad de dichos experimentos en esta región del spray todavía requiere de mejoras sustanciales. En este contexto, esta tesis trata de contribuir al entendimiento de estos procesos físicos y de proporcionar herramientas de análisis para estos flujos tan complejos. Para ello, mediante Direct Numerical Simulations se ha afrontado el problema resolviendo las escalas de movimiento más pequeñas, y capturando todas las escalas de turbulencia y eventos de rotura. Uno de los objetivos de la tesis ha sido evaluar la influencia de las condiciones de contorno del flujo entrante en la atomización primaria y en el comportamiento turbulento del spray. Para ello, se han empleado dos condiciones de contorno diferentes. En primer lugar se ha empleado una condición de contorno sintética para producir turbulencia homogenea a la entrada, simulando el comporamiento de la tobera. Una de las características más interesantes de este método es la posibilidad de retocar los parámetros dentro del algoritmo. En particular, la escala de longitud integral se ha variado para evaluar la influencia de las estructuras mas grandes de la tobera en la atomización primaria. El análisis de la condición de contorno sintética también ha permitido el diseño óptimo de simulaciones de las cuales se han derivado estadísticas turbulentas significativas. En este escenario, se han llevado a cabo estudios más profundos sobre la influencia de propiedades de las estructuras turbulentas como la homogeneidad y la anisotropía tanto en el espectro de los flujos como en las estadísticas de las gotas. Para tal fin, se han desarrollado metodologías novedosas para computar el análisis espectral y la estadística de las gotas Entre los resultados de este análisis destaca la independencia de la condición de contorno de entrada en las estadísticas de las gotas, mientras que por otra parte, recalca que las características turbulentas desarrolladas en el interior de la tobera afectan a la cantidad total de masa atomizada. Estas consideraciones se encuentran respaldadas por el análisis espectral realizado, mediante el cuál se concluye que la turbulencia multifásica comparte el comportamiento universal descrito por las teorías de Kolmogorov. / [CA] La comprensió dels fenòmens físics que succeïxen en la regió densa (també coneguda com a camp pròxim) durant l'atomització dels sprays ha sigut una de les majors incògnites a l'hora d'estudiar les seues aplicacions. En el sector industrial, el rang d'interés comprén des de toveres en aplicacions propulsives a sprays en aplicacions mèdiques, agrícoles o culinàries. Esta evident falta de coneixement obliga a realitzar simplificacions en la modelització, provocant resultats poc precisos i la necessitat de grans caracteritzacions experimentals en la fase de disseny. D'esta manera, els processos de ruptura del spray i atomització primària es consideren problemes físics fonamentals, la complexitat dels quals ve donada com resultat d'un flux multifàsic en un règim altament turbulent, originant escenaris caòtics. L'anàlisi d'este problema és extremadament complex a causa de l'absència substancial de teories validades dels fenòmens físics involucrats com són la turbulència i l'atomització. A més, la combinació de la naturalesa multifàsica del flux i el seu comportament turbulent resulten en una gran dificultat per a afrontar el problema. Durant els últims 10 anys les tècniques experimentals han sigut finalment capaces de visualitzar la regió densa, però la confiança, anàlisi i efectivitat dels experiments en esta regió del spray encara requerix de millores substancials. En este context, esta tesi tracta de contribuir en l'enteniment d'estos processos físics i de proporcionar ferramentes d'anàlisi per a estos fluxos tan complexos. Per a això, per mitjà de Direct Numerical Simulations s'ha afrontat el problema resolent les escales de moviment més menudes, al mateix temps que es capturen totes les escales de turbulència i esdeveniments de ruptura. Un dels objectius de la tesi ha sigut avaluar la influència que les condicions de contorn del flux entrant tenen en l'atomització primària i en el comportament turbulent del spray. Per a això, s'han empleat dos condicions de contorn diferents. En primer lloc s'ha empleat una condició de contorn sintètica per a produir turbulència homogènia a l'entrada, simulant el comportament de la tovera. Una de les característiques més interessants d'este mètod és la possibilitat de retocar els paràmetres dins de l'algoritme. En particular, l'escala de longitud integral s'ha variat per a avaluar la influència de les estructures mes grans de la tovera en l'atomització primària. L'anàlisi de la condició de contorn sintètica també ha permés el disseny òptim de simulacions de les quals s'han derivat estadístiques turbulentes significatives. En este escenari, s'han dut a terme estudis més profunds sobre la influència de propietats de les estructures turbulentes com l'homogeneïtat i l'anisotropia tant en l'espectre dels fluxos com en les estadístiques de les gotes. Per a tal fi, s'han desenrotllat metodologies noves per a computar l'anàlisi espectral i l'estadística de les gotes. Entre els resultats d'esta anàlisi destaca la independència de la condició de contorn d'entrada en les estadístiques de les gotes, mentres que d'altra banda, es recalca que les característiques turbulentes desenrotllades en l'interior de la tovera afecten a la quantitat total de massa atomitzada. Estes consideracions es troben recolzades per l'anàlisi espectral realitzat, per mitjà del qual es conclou que la turbulència multifásica compartix el comportament universal descrit per les teories de Kolmogorov. / [EN] The understanding of the physical phenomena occurring in the dense region (also known as near field) of atomizing sprays has been long seen as one of the biggest unknown when studying sprays applications. The industrial range of interest goes from nozzles in combustion and propulsion applications to medical sprays, agricultural and food process applications. This substantial lack of knowledge is responsible for some important simplification in modeling, that often result to be inaccurate or simply partial, leading to the evident need of large experimental characterization during the design phase. In fact, the spray breakup and primary atomization processes are indeed fundamental problems of physics, which complexity results from the combination of a multiphase flow in a highly turbulent regime that leads to chaotic scenarios. The analysis of this problem is extremely problematic, due to a substantial lack of definitive theories about the physical phenomena involved, namely turbulence and atomization. Furthermore, the combination of the multiphase nature of the flow and its turbulent behavior makes substantially difficult to address the problem. Only within the last 10 years, experimental techniques have been capable of visualizing the dense region, but the experiments reliability, analysis and effectiveness in this region still requires vast improvements. In this scenario, this thesis aims to contribute in the understanding of these physical process and to provide analysis tools for these complex flows. In order to do so, Direct Numerical Simulations have been used for addressing the problem at its smallest scale of motion, while reliably capturing all turbulence scales and breakup events. The multiphase nature of the flow is accounted for by using the Volume of Fluid method. One of the goal of the thesis was to assess the influence of the inflow boundary conditions on the primary atomization and on the spray's turbulence behavior. In order to do so, two different boundary conditions were used. In a first place, a synthetic inflow boundary condition was used in order to produce a homogeneous turbulence inflow, simulating the nozzle behavior. One of the interesting features of this method was the possibility of tweaking the parameters within the algorithm. In particular, the integral length scale was varied in order to assess the influence of nozzle larger turbulent structures on the primary atomization. The analysis on the synthetic boundary condition also allowed to optimally design simulations from which derive meaningful turbulence statistics. On this framework, further studies were carried over on the influence of turbulent structures properties, namely homogeneity and anisotropy, on both the flows spectra and droplets statistics. In order to achieve this goal, novel procedures for both computing the flow spectra and analyzing droplets were developed and are carefully addressed in the thesis. The results of the analysis highlight the independence of droplets statistics from the inflow boundary condition, while, on the other hand, remarking how the total quantity of atomized mass is significantly affected by the turbulence features developed within the nozzle. This considerations are supported by the spectrum analysis performed, which also highlighted how multiphase turbulence shares the universal features described in Kolmogorov theories. / Crialesi Esposito, M. (2019). Analysis of primary atomization in sprays using Direct Numerical Simulation [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/133975

[ES] Las normativas sobre emisiones contaminantes y sonoras, cada vez más estrictas, han sido la principal motivación para la investigación, el desarrollo y la optimización de los motores de combustión y demás tecnologías relacionadas. Esta tendencia ha dado lugar a la introducción paulatina de sistemas de postratamiento para reducir las emisiones contaminantes provenientes de la automoción. Se emplearon diferentes enfoques experimentales y de modelado computacional para estudiar y caracterizar el comportamiento acústico y fluidodinámico de un conjunto diverso de sistemas de postratamiento, abarcando así una amplia gama de elementos y características representativos de las aplicaciones de postratamiento más avanzadas de uso comercial. La pérdida por transmisión y la caída de presión fueron seleccionadas como parámetros clave de estudio para cuantificar la atenuación acústica y la contrapresión generada por cada dispositivo. Para la caracterización experimental se utilizaron procedimientos de medición bien establecidos. Por su parte, para el modelado computacional se emplearon distintos enfoques de simulación, tales como el unidimensional, el CFD e incluso la co-simulación 1D-3D, siguiendo en la medida lo posible el concepto o principio "gemelos digitales", en programas comerciales con el objetivo de replicar los resultados experimentales, a fin de obtener información complementaria y ayudar a profundizar en la comprensión de los fenómenos internos, los efectos tridimensionales del flujo y los efectos acústicos. Previo a la caracterización minuciosa de los dispositivos, se verificó la validez y significancia de las medidas acústicas en condiciones frías como las que se iban a tomar, para representar los dispositivos respecto a sus condiciones reales de funcionamiento, es decir, expuestos a flujo caliente y pulsante como en el extremo caliente de las líneas de escape donde habitualmente se sitúan los sistemas de postratamiento. Una vez realizada esta validación. Comenzó se dio paso a la caracterización experimental, para cada sistema o dispositivo se registraron mediciones de caída de presión para un rango de caudales násicos, normalmente entre 0 y 800 kg/h. Del mismo modo, se efectuaron mediciones de pérdida de transmisión en condiciones de ausencia de flujo y con tres caudales masicos diferentes superpuestos, por lo general 100, 200 y 300 kg/h. La información producida, tras cierto post-procesamiento, análisis por descomposición y comparativo, sumado al uso del razonamiento inductivo fueron empleados para cuantificar y relacionar cada elemento con sus efectos. Adicionalmente otros temas fueron evaluados, como el cumplimiento de la propiedad aditiva en los resultados de caída de presión y pérdida por transmisión cuando varios dispositivos de postratamiento se disponen juntos formando un sistema, la importancia real de los dispositivos auxiliares que a menudo son pasados por alto , los cambios en los inicios de la vida útil de un dispositivo con filtro de partículas tipo GPF, las ventajas de realizar análisis por descomposición en los resultados de pérdida por transmisión, las capacidades de 1D y 3D CFD para producir información útil y los beneficios eventuales de la co-simulación 1D-3D. En conjunto, se elaboró una base de datos exhaustiva sobre la caída de presión y la pérdida de transmisión de los dispositivos y sistemas de postratamiento más avanzados. Las metodologías experimentales utilizadas, con su correspondiente posprocesado, demostraron ser adecuadas y producir información significativa. Especialmente tras la validación realizada con las mediciones acústicas en condiciones ambientales relativas a condiciones similares a las reales en el motor. / [CA] Les normatives sobre emissions contaminants i sonores, cada vegada més estrictes, han sigut la principal motivació per a la investigació, el desenvolupament i l'optimització dels motors de combustió i altres tecnologies relacionades. Aquesta tendència ha donat lloc a la introducció gradual de sistemes de post-tractament per a reduir les emissions contaminants provinents de l'automoció. Es van emprar diferents enfocaments experimentals i de modelatge computacional per a estudiar i caracteritzar el comportament acústic i fluidodinàmic d'un conjunt variat de sistemes i dispositius de post-tractament, abastant així una àmplia gamma d'elements i característiques representatius de les aplicacions de post-tractament més avançades d'ús comercial. La pèrdua per transmissió i la caiguda de pressió van ser seleccionades com a paràmetres clau d'estudi per a quantificar l'atenuació acústica i la contrapressió generada per cada dispositiu. Per a la caracterització experimental es van utilitzar instal·lacions i procediments de mesura ben establits. Per part seua, per al modelatge computacional es van emprar diferents enfocaments de simulació, com ara l'unidimensional, el CFD (tridimensional) i fins i tot la co-simulació 1D-3D, seguint en la mesura del possible el concepte o principi ``bessons digitals'' (virtual twinning), en programes comercials amb l'objectiu de replicar els resultats experimentals, a fi d'obtindre informació complementària i ajudar a aprofundir en la comprensió dels fenòmens interns, els efectes tridimensionals del flux i els efectes acústics. Previ a la caracterització minuciosa dels dispositius, es va verificar la validesa i significança de les mesures acústiques en condicions fredes (ambient), com les que s'anaven a prendre, per a representar els dispositius respecte a les seues condicions reals de funcionament, és a dir, exposats a flux calent i periòdic com en l'extrem calent de les línies de escapament on habitualment se situen els sistemes de post-tractament. Una vegada realitzada aquesta validació, per a cada sistema o dispositiu es van registrar mesures de caiguda de pressió per a un rang de cabals màssics, normalment entre 0 i 800 kg/h. De la mateixa manera, es van efectuar mesures de pèrdua de transmissió en condicions d'absència de flux i amb tres cabals màssics diferents superposats, en general 100, 200 i 300 kg/h. La informació produïda, després d'un cert post-processament, anàlisi per descomposició i comparatiu, sumat a l'ús del raonament inductiu van ser emprats per a quantificar i relacionar cada element amb els seus efectes. Addicionalment altres temes van ser avaluats, com el compliment de la propietat additiva en els resultats de caiguda de pressió i pèrdua per transmissió quan diversos dispositius de post-tractament es disposen junts formant un sistema, la importància real dels dispositius auxiliars que sovint són passats per alt, els canvis en els inicis de la vida útil d'un dispositiu amb filtre de partícules tipus GPF, els avantatges de realitzar anàlisis per descomposició en els resultats de pèrdua per transmissió, les capacitats dels models 1D i 3D CFD per a produir informació útil, i els beneficis eventuals de la co-simulació 1D-3D. En conjunt, es va elaborar una base de dades exhaustiva sobre la caiguda de pressió i la pèrdua de transmissió dels dispositius i sistemes de post-tractament més avançats. Les metodologies experimentals utilitzades, amb el seu corresponent post-processament, van demostrar ser adequades i produir informació significativa. Especialment després de la validació realitzada amb les mesures acústiques en condicions ambientals relatives a condicions similars a les reals en el motor. / [EN] Continuously tightening pollutant and noise emission regulations have been the key motivation for engine -and engine related technology- research, development and optimization. Such trend gave rise to the gradual introduction of after-treatment systems to reduce pollutant emissions in automotive applications. Experimental and modelling approaches were used to study and characterize the acoustic and fluid-dynamic behavior of a diverse set of state-of-the-art after-treatment systems and devices, covering a wide range of elements and characteristics representative of after-treatment applications of commercial use. Transmission loss and pressure drop were selected as the key parameters to account for the sound attenuation and back-pressure generated by each device. Well established measurement facilities and procedures were used for the experimental characterization. In parallel, 1D, 3D CFD and even coupled 1D-3D simulation approaches on the basis of the "virtual twinning" concept were implemented on commercial software, aiming to replicate the experimental results in order to provide additional information and help deepen the understanding of internal phenomena, three-dimensional flow and acoustic effects. Prior to the thorough characterization of the devices, the validity and significance of acoustic cold (ambient) condition measurements, as those to be taken, to represent the devices in their actual operating condition, i.e. hot and pulsating-flow as in the hot-end of exhaust lines were after-treatment systems are usually placed, was verified. Once such validation was done, for each system or device pressure drop measurements were performed for a range of mass flow rates, usually between 0 to 800 kg/h. Similarly, transmission loss measurements were performed at no-flow condition and with three different superimposed mean mas flow rates, commonly 100, 200 and 300 kg/h. The information produced, with some post-processing, decomposition and comparative analysis, and the use of inductive reasoning were used to account and relate each element with their effects. Additionally, some other topics were assessed, such as the compliance of the additivity property of pressure drop and the transmission loss when several after-treatment devices are arranged together as an after-treatment system, the actual importance of auxiliary devices often overlooked, the changes in the early service life of a device with a GPF monolith, the benefits of performing decomposition analysis to the transmission loss, the capabilities of 1D and 3D CFD to produce useful information and the eventual benefits of 1D-3D co-simulation. Overall, a comprehensive database on the pressure drop and transmission loss of state-of-the-art after-treatment devices and systems was produced. The experimental methodologies used, with their corresponding post processing, proved to be adequate and to produce significant information, especially after the validation of ambient condition acoustic measurements regarding engine-like conditions. / This research has been funded by the Programa de Ayudas de Investigación y Desarrollo PAID-01-19, from Universitat Politècnica de València (UPV), which granted my pre-doctoral contract. / Redondo Navarro, ÁR. (2023). Acoustic and Fluid-Dynamic Characterization of State-of-the-Art Exhaust After-Treatment Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194539

[ES] El aumento de las emisiones de CO2 en el sector del transporte ha sido continuo en estos últimos años debido principalmente a la carbonización del sector junto al aumento de la flota de vehículos. Este hecho tiene efectos adversos en la calidad medioambiental, siendo este gas uno de los principales constituyentes de los gases de efecto invernadero, contribuyendo así al calentamiento global. Para mitigar las emisiones de CO2, es necesario una política con estrictas regulaciones que conduzcan a la descarbonización del sector del transporte. En este sentido, la electrificación del sector del transporte es la principal vía para conseguir tales objetivos. Lamentablemente, pasar a la electrificación total del sector en un periodo relativamente corto de tiempo presenta ciertas dificultades, como son la alta demanda de electricidad renovable, la baja capacidad de las baterías, y la falta de estaciones de repuesto. Por ello, el uso de combustibles sintéticos obtenidos a partir de fuentes de energía renovables se presenta como una opción complementaria para ayudar a alcanzar los objetivos de reducción de emisiones de CO2, debido a que puede implementarse de forma más rápida. En la presente tesis doctoral se aborda la caracterización de dos combustibles sintéticos, OME1 y OMEX. Primeramente, se realizó un estudio para caracterizar la estructura de alta y baja temperatura de la llama de ambos combustibles bajo condiciones de referencia de la Engine Combustion Network (ECN) en una instalación de alta presión y temperatura. Posteriormente, se realizaron medidas en un motor óptico, evaluando el efecto que tiene la combinación del uso de mezclas de OMEX/diésel junto a geometrías de pistón no convencionales en la formación de hollín dentro del cilindro. El uso de geometrías de pistón no convencionales se usó debido a que en estudios usando diésel se consiguen reducciones de hollín al mejorar el proceso de mezcla aire-combustible. Por ello, se pretende analizar si ese efecto se obtiene igualmente en presencia de un combustible sintético como es el OMEX. Las instalaciones en las que se han realizado los distintos estudios presentan accesos ópticos. A través de ellos se han usado distintas técnicas de visualización, tanto basadas en laser, como en la propia radiación emitida por la llama. Como conclusiones, se podría resumir en que se ha visto que lo ya conocido sobre el proceso de combustión diésel puede ser aplicado a la combustión del OMEX, con el beneficio de que este es un combustible que no presenta estructura de precursores de hollín haciéndolo idóneo para aplicaciones reales de motor. A pesar de las incompatibilidades de este combustible con la infraestructura del motor, esta se soluciona usando mezclas con diésel, que, además, combinándolo con geometrías no convencionales de pistón se obtienen reducciones importantes de formación de hollín dentro del cilindro. / [CA] L'augment de les emissions de CO¿ en el sector del transport ha sigut continu en aquests últims anys degut principalment a la carbonització del sector al costat de l'augment de la flota de vehicles. Aquest fet té efectes adversos en la qualitat mediambiental, sent aquest gas un dels principals constituents dels gasos d'efecte hivernacle, contribuint així al calfament global. Per a mitigar les emissions de CO¿, és necessari una política amb estrictes regulacions que conduïsquen a la descarbonització del sector del transport. En aquest sentit, l'electrificació del sector del transport és la principal via per a aconseguir tals objectius. Lamentablement, passar a l'electrificació total del sector en un període relativament curt de temps presenta unes certes dificultats, com són l'alta demanda d'electricitat renovable, la baixa capacitat de les bateries, i la falta d'estacions de suministre. Per això, l'ús de combustibles sintètics obtinguts a partir de fonts d'energia renovables es presenta com una opció complementària per a ajudar a aconseguir els objectius de reducció d'emissions de CO¿, pel fet que pot implementar-se de forma més ràpida. En la present tesi doctoral s'aborda la caracterització de dos combustibles sintètics, OME1 i OMEX. Primerament, es va realitzar un estudi per a caracteritzar l'estructura d'alta i baixa temperatura de la flama de tots dos combustibles sota condicions de referència de la Engine Combustion Network (ECN) en una instal·lació d'alta pressió i temperatura. Posteriorment, es van realitzar mesures en un motor òptic, avaluant l'efecte que té la combinació de l'ús de mescles de OMEX/dièsel al costat de geometries de pistó no convencionals en la formació de sutge dins del cilindre. L'ús de geometries de pistó no convencionals es va usar pel fet que en estudis usant dièsel s'aconsegueixen reduccions de sutge en millorar el procés de mescla aïre-combustible. Per això, es pretén analitzar si aqueix efecte s'obté igualment en presència d'un combustible sintètic com és el OMEX. Les instal·lacions en les quals s'han realitzat els diferents estudis presenten accessos òptics. A través d'ells s'han usat diferents tècniques de visualització, tant basades en laser, com en la pròpia radiació emesa per la flama. Com a conclusions, es podria resumir en què s'ha vist que el ja conegut sobre el procés de combustió dièsel pot ser aplicat a la combustió del OMEX, amb el benefici que aquest és un combustible que no presenta estructura de precursors de sutge fent-lo idoni per a aplicacions reals de motor. Malgrat les incompatibilitats d'aquest combustible amb la infraestructura del motor, aquesta se soluciona usant mescles amb dièsel, que, a més, combinant-ho amb geometries no convencionals de pistó s'obtenen reduccions importants de formació de sutge dins del cilindre. / [EN] The increase in CO2 emissions in the transport sector has been continuous in recent years, mainly due to the carbonization of the sector, together with the increase in the vehicle fleet. This fact has adverse effects on environmental quality, being this gas is one of the main constituents of greenhouse gases, thus contributing to global warming. To mitigate CO2 emissions, a policy with strict regulations leading to decarbonizing the transport sector is necessary. In this regard, electrification of the transport sector is the main way to achieve such goals. Unfortunately, moving to full electrification of the sector in a relatively short time presents certain difficulties, such as high demand for renewable electricity, low battery capacity, and lack of refueling stations. Therefore, using synthetic fuels obtained from renewable energy sources is presented as a complementary option to help achieve CO2 emission reduction targets because it can be implemented more quickly. This doctoral thesis deals with characterizing two synthetic fuels, OME1 and OMEX. First, a study was carried out to characterize both fuels high and low temperature flame structures under reference conditions of the Engine Combustion Network (ECN) in a high-pressure and high-temperature installation. Subsequently, measurements were performed on an optical engine, evaluating the effect of combining the use of OMEX/diesel blends and unconventional piston geometries on in-cylinder soot formation. Non-conventional piston geometries were used because, in diesel studies, soot reductions are achieved by improving the air-fuel mixing process. Therefore, it is intended to analyze whether this effect is also obtained in the presence of a synthetic fuel such as OMEX. The facilities where the different studies have been carried out have optical accesses. Through them, different visualization techniques have been used based on laser and the radiation emitted by the flame. In conclusion, it could be summarized that it has been seen that what is already known about the diesel combustion process can be applied to the combustion of OMEX, with the benefit that this is a fuel that does not present a soot precursor structure, making it suitable for real engine applications. Despite the incompatibilities of this fuel with the engine infrastructure, this is solved by using blends with diesel, which, in addition, by combining it with non-conventional piston geometries, significant reductions in in-cylinder soot formation are obtained. / Tejada Magraner, FJ. (2023). Analysis of Fuel Effects on the Diffusive Flame Structure Using Advanced Optical Techniques in a Single Cylinder Optical Engine [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202376

[ES] En los últimos años, el interés por el desarrollo de motores de aviación limpios y eficientes se ha incrementado debido al impacto perjudicial sobre la salud y el medio ambiente ocasionado por los sistemas de combustión convencionales. En este contexto, la comunidad científica ha ido centrando cada vez más sus esfuerzos en el estudio de la combustión turbulenta y la generación de emisiones contaminantes como las partículas de hollín. Con los recientes avances en lo que respecta a potencia de cálculo, las simulaciones de alta fidelidad emergen como una valiosa alternativa para reproducir y analizar estos fenómenos. En concreto, las simulaciones basadas en el modelado de la turbulencia LES son consideradas como una de las herramientas numéricas más prometedoras a la hora de profundizar en la comprensión sobre los complejos procesos dinámicos que caracterizan el flujo reactivo turbulento y predecir emisiones de hollín en aplicaciones aeronáuticas. En el presente trabajo, se estudia y analiza la combustión turbulenta y producción de hollín en aplicaciones de turbina de gas mediante LES de alta fidelidad. El modelado de la combustión se aborda a través de un método flexible de química tabulada basado en el concepto flamelet, el cual es capaz de representar fenómenos químicos complejos con un coste computacional asequible. Además, se emplea una aproximación Euleriana-Lagrangiana para la descripción de la fase gaseosa y las gotas, de forma que se represente correctamente el flujo reactivo multifásico. Para la predicción de hollín en simulaciones computacionalmente eficientes, se emplea un novedoso enfoque de modelado basada en el método seccional y acoplada al modelo de combustión de química tabulada. Esta estrategia de modelado numérica es utilizada en este trabajo para analizar el proceso de combustión y evaluar sus capacidades para predecir hollín y las características de la llama en quemadores de turbina de gas representativos. En primer lugar, se estudia la combustión de flujo bifásico en una llama atmosférica sin torbellinador con inyección líquida de combustible. Este quemador presenta una estructura doble del frente reactivo y las simulaciones numéricas son capaces de capturar adecuadamente los fenómenos de extinción local que tienen lugar en la zona interna de la llama debido a la interacción de las gotas y la turbulencia con el frente reactivo. Posteriormente, se investiga la combustión y producción de hollín en un quemador presurizado con torbellinador que incluye aire secundario de dilución en el interior de la cámara de combustión. La validación del flujo reactivo y hollín se lleva a cabo tanto en la configuración del quemador con aire secundario como sin el mismo, mostrando unas excelentes capacidades predictivas en ambos casos. La presente estrategia de modelado reproduce de forma precisa el complejo patrón de flujo, la estructura de la llama y la dinámica de generación de hollín, además de que es capaz de proporcionar diferentes distribuciones de tamaño de partícula dependiendo de las variaciones en los procesos de formación y oxidación del hollín. En resumen, los diferentes casos prácticos estudiados permiten consolidar y validar la metodología computacional seguida en la presente tesis. La estrategia de modelado basada en química tabulada propuesta demuestra ser lo suficientemente válida y adecuada para reproducir los complejos fenómenos de la combustión y la formación de hollín, en vista de la consistencia del análisis, las precisas predicciones y la concordancia satisfactoria con las medidas experimentales. / [CA] En els últims anys, l'interés pel desenvolupament de motors d'aviació nets i eficients s'ha incrementat a causa de l'impacte perjudicial sobre la salut i el medi ambient ocasionat pels sistemes de combustió convencionals. En aquest context, la comunitat científica ha anat centrant cada vegada més els seus esforços en l'estudi de la combustió turbulenta i la generació d'emissions contaminants com les partícules de sutge. Amb els recents avanços pel que fa a potència de càlcul, les simulacions d'alta fidelitat emergeixen com una valuosa alternativa per a reproduir i analitzar aquests fenòmens. En concret, les simulacions basades en el modelatge de la turbulència LES són considerades com una de les eines numèriques més prometedores a l'hora d'aprofundir en la comprensió sobre els complexos processos dinàmics que caracteritzen el flux reactiu turbulent i predir emissions de sutge en aplicacions aeronàutiques. En el present treball, s'estudia i analitza la combustió turbulenta i la producció de sutge en aplicacions de turbina de gas mitjançant LES d'alta fidelitat. El modelatge de la combustió s'aborda a través d'un mètode flexible de química tabulada basat en el concepte flamelet, el qual és capaç de representar fenòmens químics complexos amb un cost computacional assequible. A més, s'empra una aproximació Euleriana-Lagrangiana per a la descripció de la fase gasosa i les gotes, de manera que es represente correctament el flux reactiu multifàsic. Per a la predicció de sutge en simulacions computacionalment eficients, s'empra un nou plantejament de modelatge basat en el mètode seccional i acoblat al model de combustió de química tabulada. Aquesta estratègia de modelatge numèrica és utilitzada en aquest treball per a analitzar el procés de combustió en cremadors de turbina de gas representatius, i avaluar les seues capacitats per a predir sutge i les característiques de la flama. En primer lloc, s'estudia la combustió de flux bifàsic en una flama atmosfèrica sense remolinador amb injecció líquida de combustible. Aquest cremador presenta una estructura doble del front reactiu i les simulacions numèriques són capaces de capturar adequadament els fenòmens d'extinció local que tenen lloc en la zona interna de la flama a causa de la interacció de les gotes i la turbulència amb el front reactiu. Posteriorment, s'investiga la combustió i producció de sutge en un cremador pressuritzat amb remolinador que inclou aire secundari de dilució a l'interior de la cambra de combustió. La validació del flux reactiu i sutge es duu a terme tant en la configuració del cremador amb aire secundari com sense aquest, mostrant unes estupendes capacitats predictives en tots dos casos. La present estratègia de modelatge reprodueix de manera precisa el complex patró de flux, l'estructura de la flama i la dinàmica de generació de sutge, a més de que és capaç de proporcionar diferents distribucions de grandària de partícula depenent de les variacions en els processos de formació i oxidació del sutge. En resum, els diferents casos pràctics estudiats permeten consolidar i validar la metodologia computacional seguida en la present tesi. L'estratègia de modelatge basada en química tabulada proposada demostra ser prou vàlida i adequada per a reproduir els complexos fenòmens de la combustió i la formació de sutge, en vista de la consistència de l'anàlisi, les precises prediccions i la concordança satisfactòria amb les mesures experimentals. / [EN] In recent years, interest in the development of efficient and clean aviation powerplants has increased due to the detrimental impact on health and the environment caused by conventional combustion systems. In this context, the research community has increasingly focused its efforts on the study of turbulent combustion and the generation of pollutant emissions such as soot particulates. With recent advances in computational power, high-fidelity simulations emerge as a valuable alternative to reproduce and analyze these phenomena. Specifically, Large Eddy Simulations (LES) are considered as one of the most promising numerical tools to provide further insight into the complex dynamic processes that characterize reactive turbulent flows and predict soot emissions in aeronautical applications. In the present work, turbulent combustion and soot production is studied and analyzed in gas turbine engine applications by means of high-fidelity LES. Combustion modelling is addressed by a flexible tabulated chemistry method based on the flamelet concept, which is able to represent complex chemical phenomena with an affordable computational cost. In addition, an Eulerian- Lagrangian description is employed for the gas phase and droplets in order to correctly represent the multiphase flow in spray flames. A recently developed approach based on the sectional method and coupled to the tabulated chemistry framework is considered for soot prediction in computationally efficient simulations. This numerical modelling framework is used in this work to analyze the combustion process and evaluate its capabilities to predict soot and flame characteristics in representative gas turbine burners. First, an atmospheric non-swirled spray flame is studied in terms of two-phase flow combustion. This burner shows a double reaction front structure and local extinction occurs in the inner layer due to both droplet-flame and turbulence-flame interactions, which is properly characterized by LES. Subsequently, combustion and soot production is investigated in a pressurized swirled model combustor which includes secondary dilution jets inside the combustion chamber. The assessment of the reacting flow field and soot is addressed for burner configurations with and without secondary air, showing excellent predictive capabilities in both cases. The present modelling approach accurately reproduce the complex swirled flow field, flame structure and soot dynamics and is able to provide different particle size distributions depending on the variations of the soot formation and oxidation processes. In summary, the different practical cases studied allow to consolidate and validate the computational methodology followed in the present thesis. The proposed tabulated modelling strategy is sufficiently valid and suitable for reproducing complex combustion and soot formation phenomena, in view of the consistency of the analysis, the accurate predictions and the satisfactory agreement with the experimental measurements. / El desarrollo de la presente tesis ha sido posible gracias a una ayuda para la Formación de Profesorado Universitario (FPU 18/03065) perteneciente al Subprograma Estatal de Formación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España. Además, el trabajo desarrollado está enmarcado en el proyecto ESTiMatE (Emissions SooT ModEl), que ha sido financiado por el consorcio Clean Sky 2 bajo el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (acuerdo No. 821418). Las actividades de simulación numérica han sido posibles gracias a la Red Española de Supercomputación y al Centro de Supercomputación de Barcelona por los recursos computacionales proporcionados en MareNostrum, además del grupo PRACE por conceder el acceso a HAWK (GCS, HLRS, Alemania) a través del proyecto SootAero. / Olmeda Ramiro, I. (2023). Assessment of Detailed Combustion and Soot Models for High-Fidelity Aero-Engine Simulations [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202284

[ES] El transporte terrestre es uno de los principales contribuyentes a las emisiones y tiene un impacto en los cambios climáticos y los peligros para la salud. Para abordar estos problemas, la industria automotriz se está movien- do hacia la movilidad sostenible, donde se están evaluando nuevas tecnologías como vehículos híbridos y vehículos eléctricos. Sin embargo, dado la falta de competencia en alternativas libres de combustibles fósiles para la producción de electricidad, se está abordando la dependencia de motores de combustión interna (ICEs) para ser utilizados como extensores de autonomía y producción de electricidad. Estos extensores de autonomía son generalmente motores de dos tiempos. Debido a su diseño y rango de operación, estos ICE pueden ser compactos, tener una gran reducción de tamaño y producir menos emisiones. Por lo tanto, es esencial comprender el rendimiento de estos nuevos conceptos de ICE, mostrar beneficios potenciales y ayudar en mejoras adicionales. Con el objetivo anterior en este trabajo de tesis, se evalúa un concepto de motor de dos tiempos de barrido uniflow. Se obtienen datos experimentales de una celda de prueba de motor utilizando dos disposiciones de escape, tres velocidades de motor y dos condiciones de carga. Se desarrolla y valida un modelo gasodinámico 1D con respecto a todos los puntos probados. Se mo- dela una réplica en 3D del motor y se utiliza en una simulación CFD en 3D. Los resultados del modelo 1D validados fluidodinámicamente se utilizan como condiciones iniciales y de contorno para evaluar las métricas térmicas y de barrido de este motor en particular. Al comparar los resultados 1D y CFD, se observó que la temperatura y el cortocircuito de aire no se capturaron bien utilizando modelos de transferencia de calor y barrido de última generación durante el proceso de barrido. Esto llevó a la propuesta de un nuevo modelo de transferencia de calor y una curva sintética de barrido. La transferencia de calor en el cilindro es un fenómeno que afecta la tem- peratura de los gases quemados y el aire fresco en un motor de combustión interna. En comparación con las unidades de cuatro tiempos, esta influencia es más crítica en los motores de dos tiempos durante el proceso de barrido, ya que el campo de velocidad del gas dentro del cilindro evoluciona rápidamente en el espacio y el tiempo. Este estudio propone un nuevo modelo de coeficiente de transferencia de calor convectivo más allá de aquellos basados en el cálculo del número de Reynolds con la velocidad media del pistón. El modelo utiliza ecuaciones semiempíricas con números adimensionales ya que debe integrarse en el marco de un modelo físico de motor, donde las propiedades termo y fluidodinámicas de los gases dentro del motor se resuelven mediante enfoques 0D o 1D. En esta aplicación particular, la desviación de temperatura llevó a una predicción deficiente de la masa atrapada en el cilindro. El coeficiente propuesto se calcula utilizando una pseudo-velocidad de los gases dentro del cilindro basada en las tasas de flujo de masa en los puertos de admisión y escape durante el barrido. El barrido en un motor de dos tiempos presenta un proceso complejo, dis- tinto del ciclo de cuatro tiempos, ya que los procesos de admisión y escape ocurren simultáneamente durante una parte significativa del período de inter- cambio de gases. Debido a esta naturaleza superpuesta y a la duración más corta del intercambio de gases en comparación con un motor de cuatro tiempos, modelar con precisión la dinámica de gas dentro del cilindro se vuelve crucial. Este proceso de modelado tiene como objetivo garantizar la retención efectiva de la carga fresca suministrada y la extracción eficiente de los gases residuales del ciclo de motor anterior durante la fase de intercambio de ga- ses. Este modelado es particularmente crucial en motores avanzados de dos tiempos para obtener estimaciones confiables de la composición de la mezcla atrapada y predecir con precisi. / [CA] El transport terrestre és un dels principals contribuents a les emissions i té un impacte en els canvis climàtics i els riscos per a la salut. Per abordar aquests problemes, la indústria automobilística es mou cap a la mobilitat sos- tenible, on s'estan avaluant noves tecnologies com ara vehicles híbrids i vehicles elèctrics. No obstant això, donada la manca de competència en alternatives lliures de combustibles fòssils per a la producció d'electricitat, s'està abordant la dependència dels motors de combustió interna (ICEs) per ser utilitzats com a extensors d'autonomia i producció d'electricitat. Aquests extensors d'auto- nomia són normalment motors de dos temps. A causa del seu disseny i rang operatiu, aquests ICEs poden ser compactes, força reduïts de mida, i emetre menys. Per tant, és essencial entendre les actuacions d'aquests nous conceptes de ICE, mostrar els beneficis potencials, i ajudar en millores addicionals. Amb l'objectiu anterior en aquest treball de tesi, es valora un concepte de motor de dos temps de flux uniflow. S'obtenen dades experimentals d'una cel·la de prova de motor utilitzant dues disposicions d'escapament, tres velo- citats de motor i dues condicions de càrrega. Es desenvolupa i valida un model gasodinàmic 1D amb tots els punts provats. Es modela una rèplica en 3D del motor i s'utilitza en una simulació CFD en 3D. Els resultats del model 1D va- lidats fluidodinàmicament s'utilitzen com a condicions inicials i de contorn per avaluar les mètriques tèrmiques i de flux de gas d'aquest motor en particular. En comparar els resultats 1D i CFD, es va observar que la temperatura i el tall-circuit d'aire no es van capturar bé utilitzant models de transferència de calor i flux de gas de última generació durant el procés de flux. Això va portar a la proposta d'un nou model de transferència de calor i una corba sintètica de flux. La transferència de calor al cilindre és un fenomen que afecta la tempera- tura dels gasos cremats i l'aire fresc en un motor de combustió interna. En comparació amb les unitats de quatre temps, aquesta influència és més crítica en els motors de dos temps durant el procés de flux, ja que el camp de velocitat del gas dins del cilindre evoluciona ràpidament en l'espai i el temps. Aquest estudi proposa un nou model de coeficient de transferència de calor convectiu més enllà dels basats en el càlcul del número de Reynolds amb la velocitat mitjana del pistó. El model utilitza equacions semiempíriques amb nombres no-dimensionals ja que ha de ser integrat dins del marc d'un model físic de motor, on les propietats termo i fluidodinàmiques dels gasos dins del motores resolen mitjançant enfocaments 0D o 1D. En aquesta aplicació particular, la desviació de temperatura va portar a una predicció deficient de la massa atrapada al cilindre. El coeficient de transferència de calor convectiu proposat es calcula utilitzant una pseudo-velocitat dels gasos dins del cilindre basada en les taxes de flux de massa en els ports d'entrada i d'escapament durant el flux. El flux en un motor de dos temps presenta un procés complex, diferent del cicle de quatre temps, ja que els processos d'admissió i d'escapament ocorren simultàniament durant una part significativa del període d'intercanvi de ga- sos. A causa d'aquesta naturalesa superposada i de la durada més curta de l'intercanvi de gasos en comparació amb un motor de quatre temps, modelar amb precisió la dinàmica del gas dins del cilindre es torna crucial. Aquest procés de modelatge té com a objectiu assegurar la retenció efectiva de la càr- rega fresca lliurada i l'extracció eficient dels gasos residuals del cicle de motor anterior durant la fase d'intercanvi de gasos. Aquest modelatge és particular- ment crucial en motors avançats de dos temps per obtenir estimacions fiables de la composició de la mescla atrapada i predir amb precisió el rendiment del motor. / [EN] Transportation on land is one of the major contributors to emissions and has an impact on climatic changes and health hazards. To address these is- sues, the automotive industry is moving toward sustainable mobility, where new technologies such as hybrid vehicles and electric vehicles are being assessed. However, given the lack of competence in fossil fuel-free alternatives for electricity production, dependence on internal combustion engines (ICEs) to be used as range extenders and electricity production is being addressed. These range extenders are usually two-stroke engines. Due to their design and operating range, these ICEs can be compact, be heavily downsized, and have fewer emissions. Hence it is essential to understand the performances of these new ICE concepts, showcase potential benefits, and aid in further improvements. Aiming towards the above objective in this thesis work a two-stroke uniflow scavenged engine concept is assessed. Experimental data from an engine test cell using two exhaust layouts, three engine speeds, and two load conditions is obtained. A 1D gas dynamic model is developed and validated against all tested points. A 3D replica of the engine is modeled and used in 3D CFD simulation. Fluid dynamically validated 1D model results are used as initial and boundary conditions to assess the thermal and scavenging metrics of this particular engine. On comparing 1D and CFD results, it was observed that temperature and short-circuiting of air were not well captured using state-of- the-art heat transfer and scavenging models during the scavenging process. This led to the proposal of a new heat transfer model and a synthetic scavenging curve. In-cylinder heat transfer is a phenomenon that affects the temperature of burnt gases and fresh air in an internal combustion engine. Compared to the four-stroke units, this influence is more critical in two-stroke engines during the scavenging process since gas velocity filed inside the cylinder evolves rapidly in space and time. This study proposes a new convective heat transfer coefficient model beyond those based on Reynolds number calculation with the piston mean velocity. The model uses semi-empirical equations with non-dimensional numbers since it has to be integrated within the frame of a physical engine model, where thermo and fluid dynamic properties of the gases inside the engine are solved using 0D or 1D approaches. In this particular application, the temperature deviation led to a poor prediction of trapped mass in the cylinder. The proposed convective heat transfer coefficient is calculated using a pseudo-velocity of the gases inside the cylinder based on the mass flow rates in the intake and exhaust ports during scavenging. Scavenging in a two-stroke engine presents a complex process, distinct from the four-stroke cycle, as the intake and exhaust processes occur simultaneously for a significant portion of the gas exchange period. Due to this overlapping nature and shorter gas exchange duration compared to a four-stroke engine, accurately modeling the in-cylinder gas dynamics becomes crucial. This modeling process aims to ensure the effective retention of the fresh charge delivered and the efficient extraction of residual gases from the previous engine cycle during the gas exchange phase. Such modeling is particularly crucial in advanced two-stroke engines to obtain reliable estimations of the trapped mixture composition and predict engine performance accurately. / I would like to thank Universitat Politècnica de València for their support with FPI grant with reference FPI-2020-S2-21414 / Darbhamalla, A. (2024). Analysis of the Internal Thermofluid-Dynamics in a Uniflow Scavenged Engine [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/204641

La incorporación generalizada de los sistemas de sobrealimentación a los motores diesel de automoción está haciendo imprescindible desarrollar un nivel de investigación capaz de profundizar en los factores que influyen en el funcionamiento y rendimiento de los turbogrupos acoplados a los motores de combustión interna alternativos.En esta tesis se presentan dos herramientas que van a permitir progresar en el estudio de los turbogrupos y en especial en las turbinas de geometría variable. En primer lugar se muestra como se ha diseñado y construido un banco de ensayo de turbogrupos, que permite un conocimiento más amplio, a partir de medidas experimentales, sobre los fenómenos físicos que ocurren en una turbina tanto en condiciones de diseño como fuera de ellas. Este conocimiento del comportamiento fluidodinámico de la turbina va a ser de gran ayuda en el desarrollo de modelos.En la segunda parte de la tesis se presenta un modelo unidimensional fluidodinámico para turbinas radiales de geometría variable. Este modelo ha sido implementado en un modelo de acción de ondas, que reproduce el comportamiento fluidodinámico de motores de combustión interna alternativos. El modelo ha sido validado en el banco de ensayo descrito en la primera parte de la tesis y para turbinas acopladas a un grupo de sobrealimentación de motores diesel tanto en comportamiento estacionario como transitorio del motor. / Cervelló Romero, C. (2005). Contribución a la caracterización experimental y al modelado de turbinas de geometría variable en grupos de sobrealimentación [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1902

En la actualidad, los compresores centrífugos son parte fundamental de los motores de combustión interna alternativos sobrealimentados en consecuencia su diseño y optimización son fundamentales para maximizar la capacidad operativa de los compresores en el sistema motor así como también comprender cada uno de los fenómenos que pueden afectar su correcto desempeño en dicho sistema. En los últimos años la gran competencia industrial ha despertado un interés inusitado representado por los estudios e investigaciones referentes al diseño, desempeño y limitaciones de la maquina justificado por el incremento de alguna de las prestaciones del motor como la merma del consumo de combustible, el aumento de potencia o el descenso de emisiones contaminantes. Por medio de la experimentación y la realización de modelos matemáticos además de la experiencia que se va recogiendo de trabajos ya realizados no solo en el campo de los compresores centrífugos sino también de la experiencia adquirida en la industria de la aviación con los axiales sobre todo en términos de limitación y fenómenos de inestabilidad son los caminos seguidos orientados al desarrollo de los nuevos compresores empleados en la automoción. A lo largo de los años, en el Departamento de Máquinas y Motores Térmicos se ha ido desarrollando un modelo de compresor que puede servir como diagnostico a la hora de evaluar la utilidad y desempeño de un compresor centrífugo en un motor sobrealimentado, el cual puede ser modelado en su integridad gracias al robusto modelo de acción de ondas denominado WAM, que ha sido concebido íntegramente en el propio departamento sin embargo un compresor posee limites de funcionamiento que también deben ser tenidos en cuenta como el caso del fenómeno de bombeo, el cual puede romper el compresor y cuyo origen puede depender de varios factores. En el marco de esta tesis doctoral se han realizado varios estudios experimentales que tienen que ver con la evaluación del bombeo, su caracterización, las variables que lo afectan y tal vez lo más importante, la evaluación de distintas metodologías empleadas en la búsqueda rápida de su detección afín de evitar daños en el compresor. Sin embargo como se verá existen varios tipos de bombeo alguno de los cuales pueden no ser dañinos para el compresor o para el sistema en que se halle el compresor. A demás se presenta un nuevo modelo de compresor, posible de colocar en el programa WAM y con el cual se pueden modelar condiciones estables e inestables de trabajo tanto en el motor como fuera de éste, de modo de apreciar cuando un compresor puede sufrir la aparición del fenómeno de bombeo. En esta tesis se presenta un análisis exhaustivo de diferentes modelos que se pueden encontrar en la bibliografía así como el estudio de la dinámica, diseño y problemas de estabilidad del compresor. Sobre el último tema se analiza la influencia que posee la geometría aguas arriba y aguas abajo del compresor respecto de su estabilidad de trabajo y en que circunstancias puede o no ser mejorado el límite impuesto por el fenómeno de bombeo. Por lo tanto en esta tesis se lleva a cabo un estudio modelado y experimental del fenómeno de bombeo evaluado en el banco motor y en el banco de turbos en que se presentan finalmente resultados que permiten mejorar las capacidades de funcionamiento del compresor en cualquier sistema en que se halle funcionando. / Tiseira ., AO. (2008). Caracterización experimental y modelado de bombeo en compresores centrífugos de sobrealimentación [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1974

Polymers are subjected to physical and chemical changes during their processing, service life, and further recovery, and they may also interact with impurities that can alter their composition. These changes substantially modify the stabilisation mechanisms and mechanical properties of recycled polymers. The assessment of the quality properties of recycled polymers is therefore crucial to guarantee the performance of recyclates in further applications. Three key quality properties have been defined for this quality analysis: degree of mixing (composition), degree of degradation, and presence of low molecular weight compounds (degradation products, contaminants, additives). Furthermore, detailed knowledge about how the different stages of their life cycle affect the degree of degradation of polymeric materials is important when discussing their further waste recovery possibilities and the performance of recycled plastics. A dual-pronged experimental approach employing multiple processing and thermo-oxidation has been proposed to model the life cycle of recycled high-impact polystyrene (HIPS used in packaging applications, and electrical and electronic equipment (E&E). Both reprocessing and thermo-oxidative degradation are responsible for coexistent physical and chemical effects (chain scission, crosslinking, apparition of oxidative moieties, polymeric chain rearrangements, and physical ageing) on the microstructure and morphology of polybutadiene (PB) and polystyrene (PS) phases; these effects ultimately influence the long-term stability, and the rheological and mechanical behaviour of HIPS. The PB phase has proved to be the initiation point of HIPS degradation throughout the life cycle. Thermo-oxidation seems to have more severe effects on HIPS properties; therefore, it can be concluded that previous service life may be the part of the life cycle with the greatest influence on the recycling possibilities and performance of HIPS recyclates in second-market applicat / Vilaplana Domingo, FJ. (2008). Analytical strategies for the quality assessment of recycled high-impact polystyrene (HIPS) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2186

La ingeniería tisular es una ciencia multidisciplinaria que incluye tanto los principios fundamentales de la ingeniería de materiales como de la biología celular y molecular para dar lugar al desarrollo de tejidos y órganos artificiales. Específicamente, la ingeniería de tejido óseo ha estado a la vanguardia. La combinación de células osteoblásticas o en su defecto células capaces de diferenciarse en tejido óseo, unido a la presencia de moléculas bioactivas y materiales tridimensionales "scaffolds" hacen de ésta técnica una realidad en la regeneración y reparación del hueso. Es por ello que el gran reto de éste trabajo ha sido el desarrollo de nuevos materiales basados en cadenas poliméricas de poliésteres que puedan ser útiles en ésta aplicación. La incorporación de unidades hidrófilas en sus estructuras nos ha permitido disminuir el carácter hidrófobo y la alta cristalinidad de estos materiales permitiendo incluir en la lista de sus propiedades (biocompatibilidad, buenas propiedades mecánicas, etc.) la capacidad de absorber agua de forma controlada, sin perder la buena adhesión celular que presentan, aumentar su velocidad de degradación y que como objetivo final pudieran ser utilizados en ingeniería tisular. En este sentido, se sintetizaron y caracterizaron los copolímeros de caprolactona 2-(metacriloiloxi) etil ester (CLMA) con acrilato de 2-hidroxietilo (HEA) en diferentes proporciones con el objetivo de obtener materiales con hidrofilicidad controlada. Se prepararon scaffolds de estructura de poros interconectados y se realizaron cultivos de células mesenquimales provenientes de médula ósea de cabras, diferenciadas a tejido óseo, con resultados satisfactorios. Debido a que las unidades de -caprolactona en el material descrito no formaban parte de la cadena principal de los copolímeros, sintetizamos nuevos materiales con éstas características. Se obtuvieron dos macrómeros a base de -caprolactona (mCL) y L-láctido (mLA), haciendo reaccionar la poli( -caprolact / Escobar Ivirico, JL. (2008). Síntesis, caracterización y aplicaciones biomédicas de redes de copolímeros basados en poliésteres [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3445

El manuscrito versa sobre el desarrollo y caracterización de materiales híbridos basados en poliacrilato de hidroxietilo (a partir de ahora PHEA) reforzado por la inclusión de una fase amorfa de sílice. Ambas fases fueron sintetizadas simultáneamente: la fase orgánica se obtiene a través de una reacción de polimerización radicalaria inducida por la pequeña adición de un iniciador térmico (peróxido de benzoilo); además, la sílice (SiO2) fue polimerizada a través de una reacción sol-gel catalizada en medio ácido del alcóxido de silicio tetraetoxisilano (en adelante TEOS). Las condiciones del proceso sol-gel donde el retículo de dióxido de silicio se forma condicionan la estructura final de la sílice: grado de condensación, especies intermedias lineales frente a ramificadas, tamaños promedio, Algunos de los parámetros fundamentales que controlan la topología de la sílice en materiales compuestos derivados de reacciones sol-gel incluyen a la naturaleza del catalizador usado para aumentar la reactividad del alcóxido (así como su cantidad, pH), el agua disponible para hidrolizar al precursor de la sílice (referido a la cantidad estequiométrica necesaria para hidrolizar completamente a una molécula de TEOS) y la relación entre los porcentajes de las fases orgánica e inorgánica en el material híbrido final. El primer parámetro (el catalizador) y el segundo (el agua) se fijaron para de este modo sintetizar materiales con tamaños de sílice alrededor de las decenas de nanómetros (materiales nanocompuestos); el último de ellos, el ratio relativo entre las fases orgánica e inorgánica, se cambió sistemáticamente. Para caracterizar algunas propiedades físicas y químicas de los materiales nanocompuestos se utilizaron varias técnicas, entre las que se incluyen: microscopías, espectroscopía infrarroja, calorimetría, análisis dinámico mecánico, termogravimetría, hinchado en disolventes. / Rodríguez Hernández, JC. (2008). Acrylate-silica polymer nanocomposites obtained by sol-gel reactions. Structure, properties and scaffold preparation [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3798