At the end of the 19th Century, the invention of the Internal Combustion Engine (ICE) marked the beginning of our current lifestyle. Soon after the first ICE patent, the importance of increasing air pressure upstream the engine cylinders was revealed. At the beginning of the 20th Century turbo-machinery developments (which had started time before), met the ICE what represented the beginning of turbocharged engines. Since that time, the working principle has not fundamentally changed. Nevertheless, stringent emissions standards and oil depletion have motivated engine developments; among them, turbocharging coupled with downsized engines has emerged as the most feasible way to increase specific power while reducing fuel consumption. Turbocharging has been traditionally a complex problem due to the high rotational speeds, high temperature differences between working fluids (exhaust gases, compressed air, lubricating oil and cooling liquid) and pulsating flow conditions. To improve current computational models, a new procedure for turbochargers characterization and modelling has been presented in this Thesis. That model divides turbocharger modelling complex problem into several sub-models for each of the nonrecurring phenomenon; i.e. heat transfer phenomena, friction losses and acoustic non-linear models for compressor and turbine. A series of ad-hoc experiments have been designed to aid identifying and isolating each phenomenon from the others. Each chapter of this Thesis has been dedicated to analyse that complex problem proposing different sub-models. First of all, an exhaustive literature review of the existing turbocharger models has been performed. Then a turbocharger 1-D internal Heat Transfer Model (HTM) has been developed. Later geometrical models for compressor and turbine have been proposed to account for acoustic effects. A physically based methodology to extrapolate turbine performance maps has been developed too. That model improves turbocharged engine prediction since turbine instantaneous behaviour moves far from the narrow operative range provided in manufacturer maps. Once each separated model has been developed and validated, a series of tests considering all phenomena combined have been performed. Those tests have been designed to check model accuracy under likely operative conditions. The main contributions of this Thesis are the development of a 1-D heat transfer model to account for internal heat fluxes of automotive turbochargers; the development of a physically-based turbine extrapolation methodology; the several tests campaigns that have been necessary to study each phenomenon isolated from others and the integration of experiments and models in a comprehensive characterization procedure designed to provide 1-D predictive turbocharger models for ICE calculation. / Reyes Belmonte, MÁ. (2013). Contribution to the Experimental Characterization and 1-D Modelling of Turbochargers for IC Engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34777

Para conseguir los objetivos de reducción de emisiones de efecto invernadero responsables del calentamiento global de nuestro planeta, se firma por muchos gobiernos, dentro de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (1994), el Protocolo de Kioto que tiene por objetivo reducir las emisiones de seis gases de efecto invernadero . Una de las medidas reglamentarias dentro de la edificación, tomada dentro de la Unión Europa para conseguir este reto medioambiental, es la redacción de una Directiva para fomentar la eficiencia energética en los edificios, responsables estos, del 40% del consumo de energía total en Europa. Esta Directiva declara unos procedimientos y exigencias mínimas que deben cumplir los edificios, existentes y de nueva construcción, y sus instalaciones para conseguirlo. Además, para desarrollar una metodología común, la Directiva se apoya en unas normas EN que se han desarrollado desde el Comité Europea de Normalización (CEN), que establecen el procedimiento a seguir por todos los Estados Miembros para determinar la demanda de energía del edificio y la estimación del consumo de cada servicio evaluable. Con este trabajo se ha analizado en profundidad estas normas CEN y se han armonizado para el caso del servicio de calefacción y de agua caliente sanitaria. Se ha detectado tras la primera lectura de las normas poca concordancia entre los diferentes grupos de trabajo que las han redactado, utilizando en muchos casos nomenclaturas y terminología diferentes. En ningún caso existe un ejemplo común que engrane la metodología expuesta en cada una de las normas. Por ello, se propone un ejemplo teórico que se podría publicar dentro de la familia de las normas CEN o en un anexo nacional. Así mismo, se estudian con detalle los procedimientos legislativos para analizar la eficiencia energética de los edificios en España (tanto existentes como nuevos) que se basan en una simulación computacional testeando, si se están aplicando o no, todas las directrices marcadas por las normas CEN. Aprovechando el estudio se recogen en este documento los valores que los programas de certificación asumen por defecto a la hora de realizar la simulación. También se ha realizado una distinción para comprobar, si los valores que por defecto asumen las normas CEN, para los datos desconocidos, son de aplicación en nuestro país. Antes de determinar unas conclusiones, se ha comprobado si la simulación computacional realizada por los programas españoles para determinar la eficiencia energética se acerca o no a los consumos. En caso de ser contrario, se establece un procedimiento para que estos programas sirvan también como herramientas de evaluación de consumo energético y, consecuentemente, ayuden a los técnicos a evaluar la medidas de ahorro energético que establezcan tras una auditoria energética a un edificio. Finalmente se determinaron unas conclusiones, contribuciones y futuros trabajos a desarrollar, tras esta tesis doctoral. / Garcia Lastra, A. (2014). Análisis de la legislación española y europea sobre la eficiencia energética en edificios. Estudio mediante simulación computacional y medidas reales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/40371

Tesis por compendio / [EN] Direct methanol fuel cells are feasible devices for efficient electrochemical power generation if some issues can be solved regarding both electrodes and membranes. The research carried out in this Ph.D. thesis has particularly focused on the concerns associated with the membranes. Nafion is the most standard fuel cell membrane material due to its high proton conductivity and exceptional chemical and mechanical stability. However, it suffers from a considerably high methanol permeability and a limited operating temperature (< 80 ºC). The first aspect was addressed with the use of PVA nanofibres and the second one replacing Nafion with SPEEK-based polymers. Composite membranes of Nafion with PVA nanofibres, surface functionalised with sulfonic acid groups, exhibited lower methanol permeabilities due to the intrinsic barrier property of PVA, although proton conductivity was also affected as a result of the non-conducting behaviour of the bulk PVA phase. Remarkably, the nanofibres provided strong mechanical reinforcement which enabled the preparation of low thickness membranes (< 20 micrometres) with reduced ohmic losses, thus counteracting their lower proton conductivities. SPEEK-based membranes were examined for DMFC operation within the intermediate temperature range of 80-140 ºC, in which sluggish electrochemical reactions at the electrodes are accelerated and proton conductivity activated. SPEEK was blended and crosslinked with PVA and PVB polymers for avoiding its dissolution in hot water conditions. SPEEK-PVA compositions showed practical proton conductivities and SPEEK-PVB blends presented very low methanol permeabilities. Nanocomposite membranes composed of SPEEK-30%PVB nanofibres embedded in a SPEEK-35%PVA matrix were prepared and characterised. A nanocomposite membrane crosslinked at 120 ºC revealed promising results for DMFCs operating at intermediate temperatures. Electrospinning is concluded to be a suitable technique for obtaining polymer nanofibre mats intended for advanced composite membranes with improved characteristics and fuel cell performances. / [ES] Las pilas de combustible de metanol directo son dispositivos factibles para la generación electroquímica eficiente de energía eléctrica si se pueden solucionar algunas cuestiones relacionadas tanto con los electrodos como las membranas. La investigación llevada a cabo en esta tesis doctoral se ha centrado particularmente en los problemas asociados con las membranas. Nafion es el material de membrana más común para pilas de combustible debido a su alta conductividad protónica y excepcional estabilidad química y mecánica. Sin embargo, padece una considerablemente alta permeabilidad al metanol y una limitada temperatura de operación (< 80 ºC). El primer aspecto se abordó con el uso de nanofibras de PVA y el segundo reemplazando Nafion con polímeros basados en SPEEK. Membranas compuestas de Nafion con nanofibras de PVA, funcionalizadas en su superficie con grupos ácidos sulfónicos, exhibieron menores permeabilidades al metanol debido a la propiedad barrera intrínseca del PVA, aunque la conductividad protónica también se vio afectada como resultado del comportamiento global no conductor de la fase de PVA. Remarcablemente, las nanofibras proporcionaron un refuerzo mecánico fuerte que permitió la preparación de membranas de bajo espesor (< 20 micrómetros) con unas pérdidas óhmicas reducidas, así contrarrestando sus menores conductividades protónicas. Se examinaron membranas basadas en SPEEK para la operación de pilas de combustible de metanol directo dentro del rango intermedio de temperaturas entre 80-140 ºC, en el que las lentas reacciones electroquímicas en los electrodos se aceleran y la conductividad protónica se activa. El SPEEK se combinó y entrecruzó con los polímeros de PVA y PVB para evitar su disolución en condiciones de agua caliente. Las composiciones de SPEEK-PVA mostraron conductividades protónicas funcionales y las mezclas de SPEEK-PVB presentaron permeabilidades al metanol muy bajas. Se prepararon y caracterizaron membranas nanocompuestas constituidas por nanofibras de SPEEK-30%PVB embebidas en una matriz de SPEEK-35%PVA. Una membrana nanocompuesta entrecruzada a 120 ºC reveló resultados prometedores para pilas de combustible de metanol directo operando a temperaturas intermedias. Se puede concluir que la electrohilatura es una técnica apropiada para la obtención de mallas de nanofibras poliméricas destinadas a membranas compuestas avanzadas con características y rendimientos en pilas de combustible mejorados. / [CA] Les piles de combustible de metanol directe són dispositius factibles per a la generació electroquímica eficient d'energia elèctrica si es poden solucionar algunes qüestions relacionades tant amb els elèctrodes com les membranes. La investigació duta a terme en esta tesi doctoral s'ha centrat particularment en els problemes associats amb les membranes. Nafion és el material de membrana més comú per a piles de combustible a causa de la seua alta conductivitat protònica i excepcional estabilitat química i mecànica. No obstant això, patix una considerablement alta permeabilitat al metanol i una limitada temperatura d'operació (< 80 ºC). El primer aspecte es va abordar amb l'ús de nanofibres de PVA i el segon reemplaçant Nafion amb polímers basats en SPEEK. Membranes compostes de Nafion amb nanofibres de PVA, funcionalizades en la seua superfície amb grups àcids sulfónics, van exhibir menors permeabilitats al metanol a causa de la propietat barrera intrínseca del PVA, encara que la conductivitat protònica també es va veure afectada com resultat del comportament global no conductor de la fase de PVA. Remarcablement, les nanofibres van proporcionar un reforç mecànic fort que va permetre la preparació de membranes de baixa grossària (< 20 micròmetres) amb unes pèrdues òhmiques reduïdes, així contrarestant les seues menors conductivitats protòniques. Es van examinar membranes basades en SPEEK per a l'operació de piles de combustible de metanol directe dins del rang intermedi de temperatures entre 80-140 ºC, en el que les lentes reaccions electroquímiques en els elèctrodes s'acceleren i la conductivitat protònica s'activa. El SPEEK es va combinar i va entrecreuar amb els polímers de PVA i PVB per a evitar la seua dissolució en condicions d'aigua calenta. Les composicions de SPEEK-PVA van mostrar conductivitats protòniques funcionals i les mescles de SPEEK-PVB van presentar permeabilitats al metanol molt baixes. Es van preparar i caracteritzar membranes nanocompostes constituïdes per nanofibres de SPEEK-30%PVB embegudes en una matriu de SPEEK-35%PVA. Una membrana nanocomposta entrecreuada a 120 ºC va revelar resultats prometedors per a piles de combustible de metanol directe operand a temperatures intermèdies. Es pot concloure que l'electrofilatura és una tècnica apropiada per a l'obtenció de malles de nanofibres polimériques destinades a membranes compostes avançades amb característiques i rendiments en piles de combustible millorats. / Mollá Romano, S. (2015). Application of Nanofibres in Polymer Composite Membranes for Direct Methanol Fuel Cells [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58611 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

[EN] Since a considerable number of factors limit or prevent the autonomous regeneration of injured or degenerated tracts in the nervous system, its effective restoration is a rare phenomenon. Therefore, conventional medicine has only succeeded in therapies aimed at treating the symptoms and effects of the damage. In order to revert them and to restore the functionality of a neuronal network, tissue engineering is currently researching about the synergic use of cells, bioactive molecules and three-dimensional biocompatible supports. More precisely, the regeneration of nervous system damaged structures is being studied through strategies like the so-called neural conduits. In this thesis, a channeled porous scaffold based on hyaluronic acid, a hydrophilic natural polymer, has been designed, developed and characterized, both physicochemically and biologically. By chemically crosslinking this polymer through divinyl sulfone and next lyophilizing it, a degradable and millimeter-size conduit has been obtained, soft but stable in physiological medium. The conduit wall has a singular three-layer distribution, able to avoid glial cells migration through it, but entirely permeable to nutrients and proteins. Furthermore, if Schwann cells are cultured for 10 days within the conduit's lumen, they create a cell tube-like structure with several hundreds of microns in diameter, thin but dense, similar to those of nerve fascicles. The ability of the conduits, the Schwann cells macrosheath and a bundle of 30 um poly-L-lactic acid fibers to guide the growth of neurons in dorsal root ganglia explants has been evaluated as well. Only the biohybrid system, composed by the conduit, the stretched fibers within and the cells macrosheath, is a beneficial enough context to permit neurons grow at a similar rate to other promising strategies in tissue engineering of the nervous system. / [ES] La regeneración de tractos dañados o degenerados del sistema nervioso de manera autónoma es un fenómeno infrecuente, ya que están implicados una considerable cantidad de factores que la limitan u obstaculizan. Por ello, la medicina convencional tan solo ha logrado limitados éxitos a este respecto, tratando únicamente los síntomas y los efectos del daño. Para intentar revertirlo y lograr la reconexión funcional de neuronas, en la actualidad la ingeniería tisular está investigando acerca de la aplicación sinérgica de células, moléculas bioactivas y soportes tridimensionales biocompatibles. Concretamente, para regenerar estructuras del sistema nervioso se trabaja en la estrategia conocida como conductos neurales. En esta tesis se ha diseñado, desarrollado y caracterizado tanto fisicoquímica como biológicamente un andamiaje acanalado poroso basado en ácido hialurónico, un polímero hidrófilo natural. Mediante el entrecruzamiento químico de este mediante divinil sulfona y su posterior liofilización, se ha logrado obtener un conducto milimétrico degradable, blando pero estable en medio fisiológico que, además, posee una pared con una singular distribución en tres capas capaz de evitar la migración de células de glía a su través, pero totalmente permeable a nutrientes y proteínas. Asimismo, las células de Schwann cultivadas en el interior del conducto proliferan confinadamente hasta formar al cabo de 10 días una estructura celular tubular de varios cientos de micras de diámetro, delgada pero densa, similar a las estructuras fasciculares de los nervios. Se ha evaluado, además, la capacidad tanto de los conductos acanalados como de la macrovaina de células de Schwann y de un haz de fibras de ácido poli-L-láctico de unos 30 um de diámetro para guiar el crecimiento de neuronas de explantes de ganglios de la raíz dorsal in vitro. Tan solo el sistema biohíbrido formado por el conjunto del conducto, las fibras estiradas en su interior y la vaina de células es capaz de aportar un contexto amigable tal para permitir a las neuronas crecer a tasas del mismo orden que en otras estrategias prometedoras en ingeniería tisular del sistema nervioso. / [CA] La regeneració autònoma de tractes del sistema nerviós danyats o degenerats és un fenomen infreqüent, en tant que hi son implicats una considerable quantitat de factors que la limiten o obstaculitzen. Per aquesta causa, la medicina convencional tan sols ha assolit èxits limitats a aquest respecte, tractant únicament els símptomes i els efectes del dany. Per tractar de revertir-ho i aconseguir la reconnexió funcional de neurones, en l'actualitat l'enginyeria tissular està investigant sobre l'aplicació sinèrgica de cèl·lules, molècules bioactives i suports tridimensionals biocompatibles. Més concretament, per a regenerar estructures del sistema nerviós es treballa amb l'estratègia coneguda com conductes neurals. A aquesta tesi s'ha dissenyat, desenvolupat i caracteritzat, tant fisicoquímica com biològicament, una bastida acanalada porosa basada en àcid hialurònic, un polímer hidròfil natural. Mitjançant el seu entrecreuament químic amb divinil sulfona i la seua posterior liofilització, s'ha aconseguit obtenir un conducte mil·limètric degradable, tou però estable en medi fisiològic que, a més a més, posseeix una paret amb una singular distribució en tres capes capaç d'evitar la migració de cèl·lules glials al seu través, però totalment permeable a nutrients i proteïnes. Tanmateix, les cèl·lules de Schwann cultivades en l'interior del conducte proliferen confinades fins que formen, als 10 dies, una estructura cel·lular tubular de centenars de micres de diàmetre, prima però densa, semblant a les estructures fasciculars dels nervis. S'ha avaluat, a més, la capacitat dels conductes acanalats, de la baina de cèl·lules de Schwann i d'un feix de fibres d'àcid poli-L-làctic d'uns 30 um de diàmetre, per guiar el creixement in vitro de neurones d'explants de ganglis de l'arrel dorsal. Només el sistema biohíbrid format pel conjunt del conducte, les fibres estirades en el seu interior i la baina de cèl·lules aporta un context amigable tal que permet a les neurones créixer a taxes del mateix ordre que altres estratègies prometedores en enginyeria tissular del sistema nerviós. / Vilariño Feltrer, G. (2015). Conductos de ácido hialurónico para el crecimiento axonal guiado [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58778

[EN] This last few years, the trend in diesel engines has been to use different kinds of fuels to identify their influence and behaviour on the emissions and performance. Among the wide variety of fuels employed are the so called Primary Reference Fuels (PRFs), which represent the behaviour of diesel and gasoline in terms of ignition properties, as they are located at both ends of the octane rating scale and also have very different cetane numbers. One of the disadvantages of using pure gasoline or diesel-gasoline blends in diesel engines is the time needed for the mixture to ignite and to completely burn the fuel. This generally requires working with partial loads or with premixed charges. In order to isolate the fuel effects on the spray processes and to be able to study the characteristic parameters of ignition delay time, lift-off length, vapour and liquid penetration, among others; different experiments under parametric variations of diesel like conditions have been performed. The tests were performed under inert and reactive conditions in a 2-stroke optical engine and a constant-pressure flow (CPF) high-pressure high-temperature vessel using single-hole nozzles, while diverse optical techniques were being employed. To study the influence of the fuel properties, different single-component fuels were employed as well as binary blends and a six-component diesel surrogate, which was also compared to conventional diesel. Additionally, the results have been contrasted with a one-dimensional model in order to further explain the values and trends found. The results presented a strong dependency on the fuel properties for the tests performed under inert and reactive conditions. The difference in physical properties of n-decane and n-hexadecane showed an almost linear reduction of the stabilized liquid penetration down to approximately 60% under some conditions. Additionally, due to the composition of the surrogate fuel, pure n-hexadecane was demonstrated to have almost identical evaporation characteristics, hence proving itself as a good candidate for a single-component surrogate of diesel fuel. In a similar way, the chemical properties of the PRFs n-heptane and iso-octane also proved to be influential on the spray development and radiation emitted. Ignition delay values up to one order of magnitude larger where obtained for both extremes of the blend range, as well as lift-off lengths up to three times longer. The radiation emitted by the soot incandescence presented the highest variations, as some conditions showed a reduction of almost four orders of magnitude among the blend range. Moreover, some cases did not present any radiation corresponding to the soot, and increasing the sensitivity of the camera only caused the chemiluminescence of the OH* radical to be captured. On a different way, the stabilized flame length determined also by the soot radiation did not present much variation as the fuel properties or the air temperature were changed; in fact, the only noticeable differences were caused by the changes in the oxygen composition of the ambient air. In conclusion, the fuel properties proved to have a significant effect on the spray processes. Lighter fuels favoured the evaporation of the spray under a range of conditions, while fuels with lower octane numbers ignited sooner and closer to the spray tip but with more soot luminosity measured. / [ES] Estos últimos años, la tendencia en motores diesel ha sido la de emplear distintos tipos de combustibles para identificar su influencia y comportamiento sobre las emisiones y rendimiento. Dentro de la amplia variedad de combustibles empleados están los llamados combustibles de referencia (PRFs ingl. Primary Reference Fuels), los cuales representan el comportamiento del diesel y la gasolina en lo que respecta a propiedades de encendido, ya que se encuentran en ambos extremos de la escala del número de octano y también poseen números de cetano muy distintos. Una de las desventajas de utilizar gasolina pura o mezclas de diesel-gasolina en motores diesel es el tiempo que toma la mezcla en encender y quemar completamente el combustible. Esto generalmente requiere trabajar con cargas parciales o cargas premezcladas. Para poder aislar los efectos del combustibles sobre los procesos de un chorro y que sea capaz estudiar los parámetros característicos de tiempo de retraso de encendido, longitud de despegue de llama, penetración de líquido y vapor, entre otros, se han realizado distintos experimentos bajo variaciones paramétricas de condiciones de motor diesel. Los ensayos han sido realizados bajo condiciones inertes y reactivas en un motor óptico de dos tiempos y una instalación de alta presión y alta temperatura de flujo continuo a presión constante (CPF ingl. Constant-Pressure Flow) empleando toberas mono-orificio, con aplicación de diversas técnicas ópticas. Para estudiar la influencia de las propiedades de los combustibles se utilizaron distintos mono-componentes, así como mezclas binarias y un sustituto de diesel conformado por seis componentes, el cual fuel comparado con diesel convencional. Adicionalmente, los resultados han sido contrastados con un modelo unidimensional para ayudar a explicar los valores y tendencias encontrados. Los resultados presentaron una fuerte dependencia de las propiedades de los combustibles en los ensayos realizados bajo condiciones inertes y reactivas. La diferencia entre las propiedades físicas del n-decano y n-hexadecano mostraron una reducción casi lineal sobre la longitud líquida estabilizada hasta aproximadamente un 60% bajo ciertas condiciones. Adicionalmente, debido a la composición del combustible de sustitución, el n-hexadecano puro demostró tener características de evaporación prácticamente idénticas, probándose a sí mismo como un buen candidato para ser un sustituto mono-componente del diesel convencional. De una manera similar, las propiedades químicas de los PRFs n-heptano e iso-octano también probaron tener influencia sobre el desarrollo del chorro y radiación emitida. Se obtuvieron valores de tiempo de retraso con diferencias de hasta un orden de magnitud entre ambos extremos del rango de las mezclas, así como longitudes de despegue de llama hasta tres veces más largas. La radiación emitida por la incandescencia del hollín presentó las variaciones más altas, ya que algunas condiciones mostraron reducciones de hasta cuatro órdenes de magnitud dentro del rango de mezclas. Es más, algunos casos no presentaron radiación correspondiente al hollín, e incrementar la sensibilidad de la cámara solo ocasionó que la quimioluminiscencia del radical OH* sea detectada. Por otro lado, la longitud estabilizada de llama calculada mediante la radiación del hollín no presentó mucha variación respecto a las propiedades del combustible o la temperatura del aire. De hecho, la única diferencia apreciable fue causada por los cambios en la composición del oxígeno del aire ambiente. En conclusión, las propiedades de los combustibles demostraron tener un efecto significativo en los procesos de un chorro diesel. Los combustibles más ligeros favorecieron la evaporación del chorro en un rango de condiciones, mientras que combustibles con números de octano más bajos encendieron más pronto y cerca de la tobera pero con mayor luminosidad del hollín medida. / [CA] En aquests últims anys, la tendència en motors Diesel ha estat la d'emprar diferents tipus de combustibles per a identificar la seva influència i comportament sobre les emissions i rendiment. Dintre de l'àmplia varietat de combustibles emprats estan els anomenats combustibles de referència (PRFs angl. Primary Reference Fuels), els quals representen el comportament del dièsel i la gasolina pel que fa a propietats d'encesa, ja que es troben en ambdós extrems de l'escala del nombre d'octà i també posseeixen nombres de cetà molt diferents. Un dels desavantatges d'utilitzar benzina pura o barreges de Diesel-benzina en motors Diesel és el temps que pren la barreja a encendre i cremar completament el combustible. Això generalment requereix treballar amb càrregues parcials o càrregues premesclades. Per a poder aïllar els efectes del combustibles sobre els processos d'un doll i que sigui capaç estudiar els paràmetres característics de de temps de retard d'encesa, longitud d'enlairament de flama, penetració de líquid i vapor, entre altres, s'han estudiat diferents experiments sota variacions paramètriques de condicions de motor Diesel. Els assajos han estat realitzats sota condicions inertes i reactives en un motor de dos temps i una instal·lació d'alta pressió i alta temperatura de flux continu a pressió constant (CPF angl. Constant-Pressure Flow) emprant toberes mono-orifici, amb aplicació de diverses tècniques òptiques. Per a estudiar la influència de les propietats dels combustibles, van ser utilitzats distints mono-components, així com barreges binàries i un substitut de Diesel conformat per sis components, el qual fuel comparat amb Diesel convencional. Addicionalment, els resultats han estat contrastats amb un model unidimensional per a ajudar a explicar els valors i tendències trobats. Els resultats van presentar una forta dependència de les propietats dels combustibles en els assajos realitzats sota condicions inertes i reactives. La diferència entre les propietats físiques del n-decà i n-hexadecà van mostrar una reducció gairebé lineal sobre la longitud líquida estabilitzada fins a aproximadament un 60% sota certes condicions. Addicionalment, degut a la composició del combustible de substitució, el n-hexadecà pur va demostrar ser tindre característiques d'evaporació pràcticament idèntiques a aquell, demostrant ser un bon candidat per a ser un substitut mono-component del dièsel convencional. D'una manera similar, les propietats químiques dels PRFs n-heptà i iso-octà també provaren tindre influència sobre el desenvolupament del doll i la radiació emesa. Es van obtenir valors de temps de retard amb diferències de fins a un ordre de magnitud entre ambdós extrems del rang de les barreges, així com longituds d'enlairament de flama fins a tres vegades més llargues. La radiació emesa per la incandescència del sutge va presentar les variacions més grans, ja que algunes condicions van mostrar reduccions de fins a quatre ordres de magnitud dintre del rang de barreges. Encara més, alguns casos no van presentar radiació corresponent al sutge, i incrementar la sensibilitat de la càmera solament va ocasionar que la quimioluminiscència del radical OH* sigui detectada. D'altra banda, la longitud estabilitzada de flama calculada mitjançant la radiació del sutge no va presentar molta variació respecte a les propietats del combustible o la temperatura del aire. De fet, la única diferència apreciable va ser causada pels canvis en la composició del oxigen de l'aire ambient. En conclusió, les propietats dels combustibles van demostrar tenir un efecte significatiu en els processos d'un doll dièsel. Els combustibles més lleugers van afavorir l'evaporació del doll en un rang de condicions, mentres que els combustibles amb nombre d'octà més baixos van prendre més aviat i prop de la tovera però amb més lluminositat del sutge mesurat. / Vera-Tudela Fajardo, WM. (2015). An experimental study of the effects of fuel properties on diesel spray processes using blends of single-component fuels [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58865

Tesis por compendio / [EN] The development of new and more complex polymeric materials involves challenging problems to basic sciences. The relationship between structure and molecular dynamics assumes great importance for the future development of novel technologies based on such polymers. Thus, the understanding of how small changes in the chemical structure affect the properties of the material is essential to progress in the technological and scientific area. An in-depth analysis of the molecular mobility leads to establish the structure-properties relationships. On this basis, the main aim of the present work is to study the molecular mobility of two different families of polymeric materials. For this purpose, the experimental techniques mainly used were Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dielectric Relaxation Spectroscopy (DRS). The first family of polymers characterized was a series of chemically cross-linked copolymers composed by Vinylpyrrolidone (VP) and Butyl Acrylate (BA) monomers. In the first place, the influence of the monomer molar ratio (XVP/YBA) on the copolymer properties was studied. Thus, a Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis verified dipole-dipole interactions between amide groups. The influence of these interactions on several parameters related to the molecular mobility was evidenced by the DSC, DRS and Dynamic Mechanical Analysis (DMA) techniques. Secondly, the effect of the cross-link density on the molecular dynamics of 60VP/40BA copolymers was analyzed using DSC and DRS. One single glass transition was detected by DSC measurements. The DRS analysis showed that an increase of the cross-linking produced a typical effect on the alpha process dynamics. However, the beta process, which possessed typical features of pure JG relaxation, unexpectedly lost the intermolecular character for the highest cross-linker content. The fastest gamma process was relatively unaffected. The second family of polymeric materials studied was a series of segmented polycarbonatediol polyurethane (PUPH) modified with different amounts of expanded graphite (EG) conductive filler. Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffraction measurements and FTIR analysis demonstrated a homogeneous dispersion of the EG filler in the matrix. DRS was used to study the dielectric properties of the PUPH/EG composites. The dielectric permittivity of the composites showed an insulator to conductor percolation transition with the increase of the EG content (20&#61485;30 wt%). The addition of expanded graphite to the matrix caused a dramatic increase in the electrical conductivity of ten orders of magnitude, which is an indication of percolative behavior. / [ES] El desarrollo de nuevos materiales poliméricos de mayor complejidad produce un desafío cada vez mayor en el área de las ciencias básicas. La relación entre la estructura y la dinámica molecular resulta de gran importancia para el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en estos materiales poliméricos. Así, una mayor comprensión de cómo pequeños cambios en la estructura química afectan a las propiedades de los materiales resulta esencial para el progreso científico y tecnológico. Un análisis en profundidad de la movilidad molecular permite establecer las relaciones estructura-propiedades. Partiendo de esta base, el principal objetivo del presente trabajo es el estudio de la movilidad molecular de dos familias diferentes de materiales poliméricos. Para ello, las técnicas experimentales utilizadas fueron principalmente la Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y la Espectroscopia de Relajación Dieléctrica (DRS). La primera familia de polímeros caracterizada fue una serie de copolímeros entrecruzados químicamente compuestos por los monómeros Vinilpirrolidona (VP) y Acrilato de Butilo (BA). En primer lugar, se estudió la influencia de la proporción molar de monómero (XVP/YBA) en las propiedades del copolímero. A través de un análisis por Espectroscopia de Infrarrojo por Transformada de Fourier (FTIR), se verificó la existencia de interacciones dipolo-dipolo entre los grupos amida. Mediante el análisis por DSC, DRS y Análisis Dinamomecánico (DMA), se evidenció la influencia de estas interacciones en diferentes parámetros relacionados con la movilidad molecular. En segundo lugar, se analizó el efecto de la densidad de entrecruzamiento en la dinámica molecular de los copolímeros 60VP/40BA usando DSC y DRS. A través de las medidas de DSC se observó una única transición vítrea para todos los entrecruzamientos. El análisis por DRS mostró como el incremento en entrecruzante produjo el típico efecto en la dinámica del proceso alpha, pero sin embargo, el proceso beta, que tenía las características típicas de una relajación JG, perdió de forma inesperada su carácter intermolecular para el mayor contenido en entrecruzante. El proceso gamma no se vio afectado. La segunda familia de materiales poliméricos estudiada fue una serie de poliuretanos segmentados (PUPH) modificados con diferentes cantidades de grafito expandido (EG), utilizado como relleno conductivo (desde 0 a 50% en peso). El análisis de los resultados obtenidos mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Difracción de Rayos X y FTIR demostró la homogénea dispersión del relleno de EG en la matriz de PUPH. La técnica DRS se usó para estudiar las propiedades dieléctricas de los materiales compuestos PUPH/EG. La permitividad dieléctrica de los materiales mostró una transición de percolación desde aislante a conductor al incrementarse el contenido en EG (rango de 20-30% en peso). La adición de grafito expandido a la matriz de PUPH causó un incremento significativo en la conductividad dieléctrica de diez órdenes de magnitud, lo que indica el comportamiento de percolación. / [CA] El desenvolupament de nous materials polimèrics de major complexitat produeix un desafiament cada vegada major en l'àrea de les ciències bàsiques. La relació entre l'estructura i la dinàmica molecular resulta de gran importància per al desenrotllament de noves tecnologies basades en aquests materials polimèrics. Així, una major comprensió de com petits canvis en l'estructura química afecten a les propietats dels materials, resulta essencial per al progrés científic i tecnològic. Un anàlisis en profunditat de la mobilitat molecular permet establir les relacions estructura-propietats. Partint d'aquesta base, el principal objectiu del present treball és l'estudi de la mobilitat molecular de dues famílies diferents de materials polimèrics. Per a això, les tècniques experimentals utilitzades van ser principalment la Calorimetria Diferencial de Rastreig (DSC) i l'Espectroscòpia de Relaxació Dielèctrica (DRS). La primera família de polímers caracteritzada va ser una sèrie de copolímers entrecreuats químicament compostos pels monòmers Vinilpirrolidona (VP) i Acrilat de Butilo (BA) . En primer lloc, es va estudiar la influència de la proporció molar de monòmer (XVP/YBA) en les propietats del copolímer. A través d'una anàlisi per Espectroscòpia d'Infraroig per Transformada de Fourier (FTIR), es va verificar l'existència d'interaccions dipol-dipol entre els grups amida. Mitjançant l'anàlisi per DSC, DRS i Anàlisi Dinamomecánico (DMA), es va evidenciar la influència d'aquestes interaccions en diferents paràmetres relacionats amb la mobilitat molecular. En segon lloc, es va analitzar l'efecte de la densitat d'entrecreuament en la dinàmica molecular dels copolímers 60VP/40BA mitjançant DSC i DRS. A través de les mesures de DSC es va observar una única transició vítria per a tots els continguts d'agent entrecreuant . L'anàlisi per DRS va mostrar com l'increment en agent entrecreuant va produir l'efecte esperat en la dinàmica del procés alfa. En canvi, el procés beta, que tenia les característiques típiques d'una relaxació JG, va perdre de forma inesperada el seu caràcter intermolecular per al major contingut en agent entrecreuant. El procés més ràpid gamma no es va veure afectat. La segona família de materials polimèrics estudiada va ser una sèrie de poliuretans segmentats (PUPH) modificats amb diferents quantitats de grafit expandit (EG) , utilitzat com a farcit conductiu (des de 0 a 50% en pes). L'anàlisi dels resultats obtinguts per mitjà de Microscòpia Electrònica de Rastreig (SEM), Difracció de Rajos X i FTIR va mostrar la dispersió homogènia del EG en la matriu de PUPH. La tècnica DRS es va utilitzar per a estudiar les propietats dielèctriques dels materials compostos PUPH/EG. La permitivitat dielèctrica dels materials va mostrar una transició de percolació des d'aïllant a conductor amb l'increment de contingut en EG (20-30% en pes). L'addició d'EG a la matriu de PUPH va causar un increment significatiu en la conductivitat dielèctrica, de deu ordes de magnitud. / Redondo Foj, MB. (2015). A contribution to the study of the molecular mobility in polymeric materials by Thermal and Dielectric Analysis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59457 / Compendio

[EN] The most popular programs building energy simulation and more used are based on the method of response factors (REF) (Mitalas & Stephenson, 1967) to assess the thermal energy demand of buildings. It is sampled with a certain fixed frequency temperature on both sides of an enclosure and between different sampling instants supposed evolution was linear. This interpolation is known as forming element (EF) or holder of the sampled signal of order 1. For the temperature on each side is needed to take stock of thermal power on both surfaces of the enclosure. This leads to the balance of power is true in the sampling instants but not outside of them and therefore no calculation scheme conserves energy. The stated objective is to obtain a method of fast and accurate simulation. The scheme should retain the power to allow the making jumps when internal loads or other excitations and the action of air conditioning systems. HVAC dynamics is rarely considered and its response time is faster than the building, so the sampling time of one hour is maintained. The proposed methodology demonstrates how to apply the method of response factors using a second order polynomial. All under a scheme that conserves energy within the sampling points. The parabolic profile can fulfill this condition between sampling points. To check the validity of the method results from the linear function and the proposal function with the same sample rate and comparing different. As discussed, it is concluded that there is greater precision in temperature and the energy transferred to the air. This thesis proposes to replace it, the trainer of order 1 with another element of order 2. To shape the evolution of temperatures on each side of the enclosure, in addition to the balance of powers balance of power is required so the scheme calculation is conservative. The proposed method gives a similar increase the sampling frequency with a lower precision computation time. Therefore, it is intended through this thesis lay the theoretical and methodological basis of a new model for calculating heat transfer in walls to meet the current needs of accuracy and speed in the process of designing both buildings but especially new and existing renovation strategies. / [ES] Los programas de simulación energética de edificios más conocidos y empleados utilizan el método de los factores de respuesta (REF) (Mitalas & Stephenson, 1967) para evaluar la demanda de energía térmica de los edificios. Se muestrea con cierta frecuencia fija la temperatura a ambos lados de un cerramiento y entre instantes de muestreo distintos se supone que su evolución fue lineal. Esa interpolación se conoce como elemento formador (EF) o sostenedor de la señal muestreada de orden 1. Para obtener la temperatura a cada lado se necesita hacer un balance de potencias térmicas en ambas superficies del cerramiento. Esto lleva a que el balance de potencia sea cierto en los instantes de muestreo pero no fuera de ellos y por lo tanto el esquema de cálculo no conserva la energía. El objetivo planteado es obtener un método de simulación más rápido y preciso. El esquema debe conservar la energía para permitir la toma de saltos por hora de las cargas internas u otras excitaciones y la acción de los sistemas de climatización. La dinámica de HVAC es rara vez considerada y su tiempo de respuesta es más rápido que el edificio, por ello se mantiene el tiempo de frecuencia de muestreo de una hora. La metodología propuesta demuestra cómo aplicar el método de los factores de respuesta mediante un polinomio de segundo orden. Todo ello bajo un esquema que conserva la energía dentro de los puntos de muestreo. El perfil parabólico permite cumplir esta condición entre los puntos de muestreo. Para comprobar la validez del método se comparan resultados entre la función lineal y la parabólica propuesta con la misma frecuencia de muestreo y distinta. Como se expondrá, se concluye que existe una mayor precisión en la temperatura y la energía transferida al aire. La presente tesis propone substituir pues, el elemento formador de orden 1 por otro de orden 2. Para dar forma a la evolución de temperaturas a cada lado del cerramiento, además del balance de potencias se requiere el balance de energía por lo que el esquema de cálculo es conservativo. El método propuesto permitirá una precisión similar a aumentar la frecuencia de muestreo con un tiempo inferior de cálculo. Por tanto, se pretende a través de la presente tesis sentar la base teórica y metodológica de un nuevo modelo para el cálculo de la transferencia de calor en muros para dar respuesta a las necesidades actuales de exactitud y rapidez en el proceso de diseño tanto de edificios nuevos pero especialmente de los existentes y sus estrategias de rehabilitación. / [CA] Els programes de simulació energètica d'edificis més coneguts i empleats utilitzen el mètode dels factors de resposta (REF) (Mitalas & Stephenson, 1967) per avaluar la demanda d'energia tèrmica dels edificis. Es mostreja amb certa freqüència fixa la temperatura a banda i banda d'un tancament i entre instants de mostreig diferents se suposa que la seva evolució va ser lineal. Aquesta interpolació es coneix com a element formador (EF) o sostenedor del senyal muestreada d'ordre 1. Per obtenir la temperatura a cada costat es necessita fer un balanç de potències tèrmiques en amb dues superfícies del tancament. Això porta al fet que el balanç de potència sigui cert en els instants de mostreig però no fora d'ells i per tant l'esquema de càlcul no conserva l'energia. L'objectiu plantejat és obtenir un mètode de simulació més ràpid i precís. L'esquema ha de conservar l'energia per permetre la presa de salts per hora de les càrregues internes o altres excitacions i l'acció dels sistemes de climatització. La dinàmica de HVAC és rares vegades considerada i el seu temps de resposta és més ràpid que l'edifici, per això es manté el temps de freqüència de mostreig d'una hora. La metodologia proposada demostra com aplicar el mètode dels factors de resposta mitjançant un polinomi de segon ordre. Tot això sota un esquema que conserva l'energia dins dels punts de mostreig. El perfil parabòlic permet complir aquesta condició entre els punts de mostreig. Per comprovar la validesa del mètode es comparen resultats entre la funció lineal i la parabòlica proposta amb la mateixa freqüència de mostreig i diferent. Com s'exposarà, es conclou que existeix una major precisió en la temperatura i l'energia transferida a l'aire. La present tesi proposa substituir doncs, l'element formador d'ordre 1 per un altre d'ordre 2. Per donar forma a l'evolució de temperatures a cada costat del tancament, a més del balanç de potències es requereix el balanç d'energia pel que l'esquema de càlcul és conservatiu. El mètode proposat permetrà una precisió similar a augmentar la freqüència de mostreig amb un temps inferior de càlcul. Per tant, es pretén a través de la present tesi asseure la base teòrica i metodològica d'un nou model per al càlcul de la transferència de calor en murs per donar resposta a les necessitats actuals d'exactitud i rapidesa en el procés de disseny tant d'edificis nous però especialment dels existents i les seves estratègies de rehabilitació. / Soto Francés, L. (2016). NUEVO MÉTODO CONSERVATIVO PARA LA SIMULACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN MUROS MULTICAPA BASADO EN PERFILES DE TEMPERATURA PARABÓLICOS Y FACTORES DE RESPUESTA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/60924

[EN] Articular cartilage is a tissue with low capacity for self-restoration due to its avascularity and low cell population. It is located on the surface of the subchondral bone covering the diarthrodial joints. Degeneration of articular cartilage can appear in athletes, in people with genetic degenerative processes (osteoarthritis or rheumatoid arthritis) or due to a trauma; what produces pain, difficulties in mobility and progressive degeneration that finally leads to joint failure. Self-restoration is only produced when the defect reaches the subchondral bone and bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) invade the defect. However, this new formed tissue is a fibrocartilaginous type cartilage and no a hyaline cartilage, which finally leads to degeneration. Transplantation of autologous chondrocytes has been proposed to regenerate articular cartilage but this therapy fails mainly to the absence of a material support (scaffold) for the adequate stimulation of cells. Matrix-induced autologous chondrocyte implantation uses a collagen hydrogel as scaffold for chondrocytes; however, it does not have the adequate mechanical properties, does not provide the biological cues for cells and regenerated tissue is not articular cartilage but fibrocartilage. Different approaches have been done until now in order to obtain a scaffold that mimics better articular cartilage properties and composition. Hydrogels are a good option as they retain high amounts of water, in a similar way to the natural tissue, and can closely mimic the composition of natural tissue by the combination of natural derived hydrogels. Their three-dimensionality plays a critical role in articular cartilage tissue engineering to maintain chondrocyte function, since monolayer culture of chondrocytes makes them dedifferentiate towards a fibroblast-like phenotype secreting fibrocartilage. Recently, injectable hydrogels have attracted attention for the tissue engineering of articular cartilage due to their ability to encapsulate cells, injectability in the injury with minimal invasive surgeries and adaptability to the shape of the defect. Following this new approach we aimed at synthesizing two new families of injectable hydrogels based on the natural protein gelatin for the tissue engineering of articular cartilage. The first series of materials consisted on the combination of injectable gelatin with loose reinforcing polymeric microfibers to obtain injectable composites with improved mechanical properties. Our results demonstrate that there is an influence of the shape and distribution of the fibers in the mechanical properties of the composite. More importantly bad fiber-matrix interaction is not able to reinforce the hydrogel. Due to this, our composites were optimized by improving matrix-fiber interaction through a hydrophilic grafting onto the microfibers, with very successful results. The second series of materials were inspired in the extracellular matrix of articular cartilage and consisted of injectable mixtures of gelatin and hyaluronic acid. Gelatin molecules in the mixtures provided integrin adhesion sites to cells, and hyaluronic acid increased the mechanical properties of gelatin. This combination demonstrated ability for the differentiation of MSCs towards the chondrocytic lineage and makes these materials very good candidates for the regeneration of articular cartilage. The last part of this thesis is dedicated to the synthesis of a non-biodegradable material with mechanical properties, swelling and permeability similar to cartilage. This material intends to be used as a platform in a bioreactor in which the typical loads of the joint are simulated, so that the hydrogels or scaffolds would fit in the recesses in the platform. The function of the platform is to simulate the effect of the surrounding tissue on the scaffold after implantation and could reduce animal experimentation by simulating in vivo conditions. / [ES] El cartílago articular es un tejido con baja capacidad de auto-reparación debida a su avascularidad y baja población celular. Se encuentra en la superficie del hueso subcondral cubriendo las articulaciones. La degeneración del cartílago articular puede aparecer en atletas, en personas con procesos genéticos degenerativos o debido a un trauma; lo que produce dolor, dificultades en la movilidad y degeneración progresiva que lleva al fallo de la articulación. La auto-reparación sólo se produce cuando el defecto alcanza el hueso subcondral y las células madre (MSCs) de la médula ósea invaden el defecto. Sin embargo, este nuevo tejido es un cartílago de tipo fibrocartilaginoso y no un cartílago hialino, el cual finalmente lleva a la degeneración. El trasplante de condrocitos autólogos ha sido propuesto para regenerar el cartílago articular pero esta terapia falla principalmente por la ausencia de un material soporte (scaffold) que estimule adecuadamente a las células. El implante de condrocitos autólogos mediante un hidrogel de colágeno no tiene las propiedades mecánicas apropiadas, no proporciona las señales biológicas a las células y el tejido regenerado no es cartílago articular sino fibrocartílago. Se han realizado diferentes enfoques para obtener un scaffold que mimetice mejor las propiedades y la composición del cartílago articular. Los hidrogeles son una buena opción ya que retienen elevadas cantidades de agua, de forma similar al tejido natural, y pueden imitar de cerca la composición del tejido natural mediante la combinación de derivados de hidrogeles naturales. Su tridimensionalidad juega un papel crítico para mantener la función de los condrocitos, ya que el cultivo en monocapa de los condrocitos hace que desdiferencien hacia un fenotipo similar al fibroblasto secretando fibrocartílago. Los hidrogeles inyectables han acaparado la atención en la ingeniería tisular de cartílago articular debido a su capacidad para encapsular células, su inyectabilidad en el daño con cirugías mínimamente invasivas y su adaptabilidad a la forma del defecto. Siguiendo este nuevo enfoque hemos sintetizado dos nuevas familias de hidrogeles inyectables basados en la proteína natural gelatina para la ingeniería tisular del cartílago articular. La primera serie de materiales combina una gelatina inyectable con microfibras poliméricas sueltas de refuerzo para obtener composites inyectables con propiedades mecánicas mejoradas. Nuestros resultados demuestran que hay una influencia de la forma y la distribución de las fibras en las propiedades mecánicas del composite. Además, la mala interacción entre las fibras y la matriz no es capaz de reforzar el hidrogel. Debido a esto, nuestros composites han sido optimizados mediante la mejora de la interacción fibra-matriz a través de un injerto hidrófilo sobre las microfibras, con resultados muy exitosos. La segunda serie de materiales se ha inspirado en la matriz extracelular del cartílago articular y ha consistido en mezclas inyectables de gelatina y ácido hialurónico. Las moléculas de gelatina proporcionan los dominios de adhesión mediante integrinas a las células, y el ácido hialurónico aumenta las propiedades mecánicas de la gelatina. Esta combinación ha demostrado la habilidad para la diferenciación de MSCs hacia el linaje condrocítico y convierte a estos materiales en buenos candidatos para la regeneración del cartílago articular. La última parte de esta tesis se dedica a la síntesis de un material no biodegradable con propiedades mecánicas, hinchado y permeabilidad similar al cartílago. Este material pretende ser empleado como plataforma en un biorreactor en el que se simulan las cargas típicas de las articulaciones, de forma que los scaffolds encajarían en los huecos de la plataforma. Su función es simular el efecto del tejido circundante en el scaffold después de su implantación y podría reducir la experimentación anim / [CA] El cartílag articular es un teixit amb baixa capacitat d'auto-reparació deguda a la seua avascularitat i baixa població cel·lular. Es troba en la superfície de l'ós subcondral cobrint les articulacions. La degeneració del cartílag articular pot aparèixer en atletes, en persones amb processos genètics degeneratius o degut a un trauma; produeix dolor, dificultats a la mobilitat i degeneració progressiva que finalment porta a la fallida de l'articulació. L'auto-reparació es produeix quan el defecte arriba fins a l'ós subcondral i les cèl·lules mare (MSCs) de la medul·la òssia envaeixen el defecte. No obstant això, aquest nou teixit format es un cartílag de tipus fibrocartilaginós i no un cartílag hialí, el qual finalment porta a la degeneració. El transplantament de condròcits autòlegs ha sigut proposat per a regenerar el cartílag articular però aquesta teràpia falla principalment per la absència d'un material de suport (scaffold) que estimuli adequadament a les cèl·lules. L'implant de condròcits autòlegs en un hidrogel de col·lagen per als condròcits no té les propietats mecàniques apropiades, no proporciona les senyals biològiques a les cèl·lules i el teixit regenerat no és cartílag articular sinó fibrocartílag. Diferents enfocs han sigut realitzats fins ara per a obtenir un scaffold que mimetitzi millor les propietats i la composició del cartílag articular. Els hidrogels son una bona opció ja que retenen elevades quantitats d'aigua, de forma similar al teixit natural, i poden imitar acuradament la composició del teixit natural mitjançant la combinació d'hidrogels naturals. La seua tridimensionalitat juga un paper crític per a mantenir la funció dels condròcits, ja que el cultiu en monocapa dels condròcits fa que aquests desdiferencien cap a un fenotip similar al fibroblàstic secretant fibrocartílag. Recentment, els hidrogels injectables han acaparat l'atenció en l' enginyeria tissular de cartílag articular degut a la seua capacitat per a encapsular cèl·lules, la seua injectabilitat en el dany amb cirurgies mínimament invasives i la seua adaptabilitat a la forma del defecte. Seguint aquesta nova aproximació hem sintetitzat dues noves famílies d'hidrogels injectables basats en la proteïna natural gelatina per a l'enginyeria tissular del cartílag articular. La primera sèrie de materials combina una gelatina injectable amb microfibres polimèriques soltes de reforç per a obtenir compòsits injectables amb propietats mecàniques millorades. Els nostres resultats demostren que hi ha una influència de la forma i la distribució de les fibres en les propietats mecàniques del compòsit. Més importantment, la mala interacció entre les fibres i la matriu no és capaç de reforçar l'hidrogel. Degut a això, els nostres compòsits han segut optimitzats mitjançant la millora de la interacció fibra-matriu a traves d'un empelt hidròfil sobre les fibres, amb resultats molt exitosos. La segona sèrie de materials està inspirada en la matriu extracel·lular del cartílag articular i ha consistit en mescles injectables de gelatina i àcid hialurònic. Les molècules de gelatina proporcionen els dominis d'adhesió mitjançant integrines a les cèl·lules, i l'àcid hialurònic augmenta les propietats mecàniques de la gelatina. Esta combinació ha demostrat l'habilitat per a la diferenciació de MSCs cap al llinatge condrocític i converteix a aquests materials en bons candidats per a la regeneració del cartílag articular. L'última part d'aquesta tesi és dedicada a la síntesi d'un material no biodegradable amb propietats mecàniques, inflat i permeabilitat similar al cartílag. Aquest material pretén ser utilitzat com a plataforma a un bioreactor que simula les cargues típiques de les articulacions, de manera que els hidrogels o scaffolds encaixarien als buits de la plataforma. La seua funció es simular l'efecte del teixit circumdant al scaffold després d / Poveda Reyes, S. (2016). Protein-based injectable hydrogels towards the regeneration of articular cartilage [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61392 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

[EN] The potential of diesel engines in terms of robustness, efficiency and energy density has made them widely used as power generators and propulsion systems. Specifically, fuel atomization, vaporization and air-fuel mixing, have a fundamental effect on the combustion process, and consequently, a direct impact on pollutant formation, fuel consumption and noise emission. Since the combustion chamber has a limited space respect to the spray penetration, wall impingement is considered to be a common event in direct injection diesel engines, having a relevant influence in the spray evolution and its interaction with both surrounding air and solid walls. This makes of spray-wall interaction an important factor for the combustion process that is still hardly understood. At cold-start conditions, the low in-chamber pressures and temperatures promote the deposition of fuel in the piston wall, which leads to a boost in the formation of unburned hydrocarbons. Additionally, modern design trends such as the increment of rail pressures in injection systems and the progressive reduction of the engine displacement, favor the emergence of spray collision onto the walls. In spite of the evident relevance of the comprehension of this phenomenon and the efforts of engine researchers to reach it, the transient nature of injection process, its small time scales and the complexity of the physical phenomena that take place in the vicinity of the wall, make challenging the direct observation of this spray-wall interaction. Even though computational tools have proven to be priceless in this field of study, the need for reliable experimental data for the development of those predictive models is present. This thesis is aimed to shed light on the fundamental characteristics of spray-wall interaction (SWI) at diesel-like chamber conditions. A flat wall was set at different impingement distances and angles respect to the spray. In this way, two different kinds of experimental investigations on colliding sprays were carried out: A transparent quartz wall was employed into the chamber to, in isolation, analyze the macroscopic characteristics of the spray at both evaporative inert and reactive conditions, which have been observed laterally and through the wall, thanks to the use of a high-pressure and high-temperature vessel with optical accesses. This same test rig was used in the second kind of experiments, where instead of the quartz plate, a stainless steel wall was used to capture the effect of the operating conditions on the heat flux between the wall and the spray during the injection-combustion events and to determine how spray and flame evolution are affected by realistic heat transfer situations. This wall was instrumented to control its initial in-chamber surface temperature and to measure its variation with time by using high-speed thermocouples. Tests at free-jet conditions were also performed in order to provide a solid comparative base for those experiments. / [ES] El potencial de los motores diesel en términos de robustez, eficiencia y la densidad de energía los ha hecho ser ampliamente usados como generadores de energía y sistemas propulsivos. Específicamente, la atomización de combustible, vaporización y mezcla de aire y combustible tienen un efecto fundamental en el proceso de combustión y, en consecuencia, un impacto directo en la formación de emisiones contaminantes, consumo de combustible y generación de ruido. Dado que la cámara de combustión tiene un espacio limitado con respecto la capacidad de penetración del chorro, el impacto de la pared se considera bastante común en motores de inyección directa diésel, que tienen una influencia relevante en la evolución del chorro y su interacción con el aire circundante y las paredes sólidas. Esto hace de interacción chorro-pared, un factor importante para el proceso de combustión que aún es dificilmente comprendido. En condiciones de arranque en frío, las bajas presiones y temperaturas en la cámara promueven la deposición de combustible en la pared del pistón, lo que conduce a un aumento en los niveles de formación de hidrocarburos no quemados. Además, las tendencias modernas de diseño como el incremento de las presiones de rail en los sistemas de inyección y la progresiva reducción en la cilindrada de los motores, favorecen la aparición de colisiones entre chorro y pared. A pesar de la evidente importancia en la comprensión de este fenómeno y los esfuerzos de los investigadores para alcanzarla, la transitoria naturaleza del proceso de inyección, sus pequeñas escalas de temporales y la complejidad de los fenómenos físicos que tienen lugar en las proximidades de la pared, hacen que la observación directa de esta interacción chorro-pared sea un desafío. Aunque las herramientas computacionales han demostrado ser invaluables en este campo de estudio, la necesidad de datos experimentales confiables para el desarrollo de esos modelos predictivos está muy presente. Esta tesis tiene como objetivo arrojar luz sobre las características fundamentales de la interacción chorro-pared (SWI por sus siglas en inglés) en condiciones de cámara similares a las de un motor diesel. Se colocó una pared plana a diferentes distancias de impacto y ángulos con respecto al jet. De esta manera, dos tipos diferentes de investigaciones experimentales sobre chorros en colisión se llevaron a cabo: se empleó una pared de cuarzo transparente en la cámara para, de forma aislada, analizar las características macroscópicas del chorro en condiciones evaporativas inertes y reactivas, que pueden observarse lateralmente y a través de la pared, gracias al uso de una instalación de alta presión y alta temperatura ópticamente accesible. Esta misma instalación se utilizó en el segundo tipo de experimentos en los que se introdujo una pared de acero inoxidable para capturar adicionalmente el efecto de las condiciones de operación en el flujo de calor entre ésta y el chorro durante los eventos de inyección y combustión y para determinar cómo la evolución del chorro y la llama son afectadas por una situación realista de transferencia de calor. Esta pared fue instrumentada para controlar la temperatura inicial de su superficie expuesta a la cámara y medir su variación con el tiempo, utilizando termopares de alta velocidad. Ensayos en condiciones de chorro libre también se realizaron para proporcionar una base comparativa sólida para esos experimentos. / [CA] El potencial dels motors dièsel en termes de robustesa, eficiència i la densitat d'energia els ha fet ser àmpliament usats com a generadors d'energia i sistemes propulsius. Específicament, l'atomització de combustible, vaporització i barreja d'aire i combustible tenen un efecte fonamental en el procés de combustió i, en conseqüència, un impacte directe en la formació d'emissions contaminants, consum de combustible i generació de soroll. Atès que la cambra de combustió té un espai limitat pel que fa la capacitat de penetració de l'raig, l'impacte de la paret es considera bastant comú en motors d'injecció directa dièsel, que tenen una influència rellevant en l'evolució del doll i la seva interacció amb el aire circumdant i les parets sòlides. Això fa d'interacció doll-paret, un factor important per al procés de combustió que encara és difícilment comprès. En condicions d'arrencada en fred, les baixes pressions i temperatures a la cambra promouen la deposició de combustible a la paret del pistó, el que condueix a un augment en els nivells de formació d'hidrocarburs no cremats. A més, les tendències modernes de disseny com l'increment de les pressions de rail en els sistemes d'injecció i la progressiva reducció en la cilindrada dels motors, afavoreixen l'aparició de col·lisions entre el doll i la paret. Tot i l'evident importància en la comprensió d'aquest fenomen i els esforços dels investigadors per aconseguir-la, la transitòria naturalesa de l'procés d'injecció, les seves petites escales de temporals i la complexitat dels fenòmens físics que tenen lloc en les proximitats de la paret , fan que l'observació directa d'aquesta interacció doll-paret siga un desafiament. Tot i que les eines computacionals han demostrat ser invaluables en aquest camp d'estudi, la necessitat de dades experimentals fiables per al desenvolupament d'aquests models predictius està molt present. Aquesta tesi té com a objectiu donar llum sobre les característiques fonamentals de la interacció doll-paret (SWI per les seues sigles en anglès) en condicions de cambra similars a les d'un motor dièsel. Es va col·locar una paret plana a diferents distàncies d'impacte i angles pel que fa al jet. D'aquesta manera, dos tipus diferents d'investigacions experimentals sobre dolls en col·lisió es van dur a terme: es va emprar una paret de quars transparent a la cambra per, de forma aïllada, analitzar les característiques macroscòpiques del doll en condicions evaporació inerts i reactives, que poden observar lateralment i a través de la paret, gràcies a l'ús d'una instal·lació d'alta pressió i alta temperatura òpticament accessible. Aquesta mateixa instal·lació es va utilitzar en el segon tipus d'experiments en els quals es va introduir una paret d'acer inoxidable per capturar addicionalment l'efecte de les condicions d'operació en el flux de calor entre aquesta i el dull durant els esdeveniments d'injecció i combustió i per determinar com l'evolució del doll i la flama són afectades per una situació realista de transferència de calor. Aquesta paret va ser instrumentada per controlar la temperatura inicial de la seua superfície exposada a la càmera i mesurar la seua variació amb el temps, utilitzant termoparells d'alta velocitat. Assajos en condicions de doll lliure també es van realitzar per proporcionar una base comparativa sòlida per a aquests experiments. / Peraza Ávila, JE. (2020). Experimental study of the diesel spray behavior during the jet-wall interaction at high pressure and high temperature conditions [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149389

[EN] Current challenges in research and development of powertrains demand new computational tools capable of simulating vehicle operation under very diverse conditions. This is due, among other reasons, to new homologation standards in the automotive sector requiring compliance of exhaust emissions regulations under any possible driving condition on the road. Global engine or vehicle models provide many advantages to engineers because they allow to reproduce the entire system under study, considering the physical processes that take place in different components and the interactions among them. This thesis aims to enable the modeling of heat transfer processes in a complete engine simulation tool developed at CMT-Motores Térmicos research institute. This 0D/1D simulation tool is called Virtual Engine Model (VEMOD). The development of heat transfer models comprises the engine block and the ancillary systems. The model of heat transfer in the engine block deals with the central problem of in-cylinder convection by means of a combination of experimental research, CFD simulation and multizone 0D modeling. The other thermal processes present in the engine block are examined in order to implement suitable submodels. Once the model is complete, it undergoes a validation with experimental transient tests. Afterwards, the ancillary systems for engine thermal management are brought into focus. These systems are considered by means of two new models: a model of heat exchangers and a model of thermo-hydraulic circuits. The development of those models is reported in detail. Lastly, with the referred thermal models integrated in the global simulation tool, a validation study is undertaken. The goal is to validate the ability of the Virtual Engine Model to capture the thermal response of a real engine under various operating conditions. To achieve that, an experimental campaign combining tests under steady-state operation, under transient operation and at different temperatures is conducted in parallel to the corresponding simulation campaign. The capacity of the global engine simulations to replicate the measured thermal evolution is finally demonstrated. / [ES] Los retos actuales en la investigación y desarrollo de trenes de potencia demandan nuevas herramientas computacionales capaces de simular el funcionamento de un vehículo en condiciones muy diversas. Esto se debe, entre otras razones, a que los nuevos estándares de homologación en el sector de la automoción obligan al cumplimiento de las regulaciones de emisiones en cualquier condición posible de conducción en carretera. Los modelos globales de motor o de vehículo proporcionan muchas ventajas a los ingenieros porque permiten reproducir el sistema entero a estudiar, considerando los procesos físicos que tienen lugar en los distintos componentes y las interacciones entre ellos. Esta tesis pretende hacer posible el modelado de los procesos de transmisión de calor en una completa herramienta de simulación de motor desarrollada en el instituto de investigación CMT-Motores Térmicos. Esta herramienta de simulación 0D/1D se denomina Motor Virtual o Virtual Engine Model (VEMOD). El desarrollo de modelos de transmisión de calor comprende el bloque motor y los sistemas auxiliares. El modelo de transmisión de calor en el bloque motor aborda el problema central de la convección en el interior del cilindro mediante una combinación de investigación experimental, simulación CFD y modelado 0D multizona. El resto de procesos térmicos presentes en el bloque motor son examinados para poder implementar submodelos adecuados. Una vez el modelo está terminado, se realiza una validación con ensayos experimentales en régimen transitorio. A continuación, el foco de atención pasa a los sistemas auxiliares de gestión térmica. Estos sistemas se toman en consideración por medio de dos nuevos modelos: un modelo de intercambiadores de calor y un modelo de circuitos termohidráulicos. El desarrollo de los modelos se explica en detalle en esta tesis. Por último, con los citados modelos integrados en el Motor Virtual, se lleva a cabo un estudio de validación. El objectivo es validar la capacidad del Motor Virtual para reproducir la respuesta térmica de un motor real en varias condiciones de funcionamento. Para conseguirlo, se realiza una campaña experimental que combina ensayos en régimen estacionario, en régimen transitorio y a diferentes temperaturas, en paralelo a la campaña de simulación correspondiente. La capacidad de las simulaciones globales de motor para replicar la evolución térmica medida experimentalmente queda finalmente demostrada. / [CA] Els reptes actuals en la recerca i el desenvolupament de trens de potència demanden noves eines computacionals capaces de simular el funcionament d'un vehicle en condicions molt diverses. Açò es deu, entre altres raons, a que els nous estàndards d'homologació al sector de l'automoció obliguen al compliment de les regulacions d'emissions en qualsevol condició possible de conducció en carretera. Els models globals de motor o de vehicle proporcionen molts avantatges als enginyers perquè permeten reproduir el sistema sencer a estudiar, considerant els processos físics que tenen lloc als distints components i les interaccions entre ells. Aquesta tesi pretén fer possible el modelat dels processos de transmissió de calor en una completa eina de simulació de motor desenvolupada a l'institut de recerca CMT-Motores Térmicos. Aquesta eina de simulació 0D/1D s'anomena Motor Virtual o Virtual Engine Model (VEMOD). El desenvolupament de models de transmissió de calor comprén el bloc motor i els sistemes auxiliars. El model de transmissió de calor al bloc motor aborda el problema central de la convecció a l'interior del cilindre mitjançant una combinació de recerca experimental, simulació CFD i modelat 0D multizona. La resta de processos tèrmics presents al bloc motor són examinats per a poder implementar submodels adequats. Una vegada el model està acabat, es fa una validació amb assajos experimentals en règim transitori. A continuació, el focus d'atenció passa als sistemes auxiliars de gestió tèrmica. Aquests sistemes es prenen en consideració per mitjà de dos nous models: un model d'intercanviadors de calor i un model de circuits termohidràulics. El desenvolupament dels models s'explica en detall en aquesta tesi. Per últim, amb els referits models integrats al Motor Virtual, es porta a terme un estudi de validació. L'objectiu és validar la capacitat del Motor Virtual per a reproduir la resposta tèrmica d'un motor real en diverses condicions de funcionament. Per a assolir-ho, es realitza una campanya experimental que combina assajos en règim estacionari, en règim transitori i a diferents temperatures, en paral·lel a la campanya de simulació corresponent. La capacitat de les simulacions globals de motor per a replicar l'evolució tèrmica observada experimentalment queda finalment demostrada. / European funds received in the framework of Horizon 2020’s DiePeR project have contributed to the validation and improvement of the Virtual Engine Model. My own dedication has been funded by Universitat Politècnica de València through the predoctoral contract FPI-S2-2016-1357 of “Programa de Apoyo para la Investigaci´on y Desarrollo (PAID-01-16)”. / Salvador Iborra, J. (2020). A contribution to the global modeling of heat transfer processes in Diesel engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149575