Tesis por compendio / El estudio de nuevos materiales y metodologías ha resultado en un progreso exponencial de la ciencia de polímeros. Los recientes avances en la modificación de estos materiales, junto con el uso de técnicas de procesado novedosas, han aportado extraordinarias funcionalidades para afrontar las necesidades requeridas en aplicaciones específicas. En ese sentido, el objetivo de la presente tesis fue desarrollar la estrategia de investigación adecuada para la funcionalización de polímeros, basada en un esquema de múltiples etapas, implicando el diseño, procesado, caracterización y validación del cumplimiento de los requisitos de durabilidad específica y vida útil. Esta metodología se aplicó para aportar soluciones alternativas para aplicaciones como la foto-estabilización de poliolefinas al aire libre, el desarrollo de membranas de polielectrolitos para pilas de combustible y de andamios para ingeniería de tejidos. La funcionalización de los polímeros se realizó mediante técnicas de modificación macromolecular, mezclado, y combinación con micro y nanopartículas. Se consideraron técnicas de procesado como la disolución-vertido, la extrusión por fusión en caliente, el moldeo por compresión y el electrohilado, las cuales permitieron obtener características fisicoquímicas específicas, que se evaluaron mediante técnicas de espectroscopia, cromatografía, microscopía y análisis térmico. Además, se realizaron los procedimientos de validación en condiciones de servicio reales o simuladas, que permitieron evaluar la idoneidad de los materiales desarrollados. En el campo de la foto-estabilización de poliolefinas, la adición de micropartículas de silicio polidisperso proporcionó una elevada estabilidad al polipropileno (PP) sin aditivar frente a la irradiación solar, en términos de apariencia, estabilidad térmica y propiedades mecánicas. En el diseño de polielectrolitos para pilas de combustible, se consideró el entrecruzado y sulfonación de poli(alcohol vinílico) (PVA) con ácido sulfosuccínico (SSA). También se estudió la combinación con óxido de grafeno (GO) y quitosano (CS). Tanto los nuevos films funcionalizados como los polielectrolitos nanofibrosos, mostraron estabilidad dimensional y térmica en condiciones de servicio, fueron aislantes eléctricos y revelaron un rendimiento prometedor en términos de conductividad protónica. Se obtuvieron andamios funcionalizados para ingeniería de tejidos a partir de la mezcla de policaprolactona (PCL) y gelatina (Ge). El control del tiempo de disolución en un disolvente hidrolítico de ácido fórmico/acético antes del electrohilado permitió obtener andamios con características a medida, en términos de morfología, comportamiento físicoquímico y biocompatibilidad. Los andamios con proporciones equilibradas de PCL y Ge promovieron la adhesión y proliferación celular in vitro, así como una durabilidad adecuada en condiciones in vitro y durante la implantación in vivo. / The understanding of new materials and methodologies have led to an exponential progress of polymer science. Recent advances in polymer modification and processing techniques have endorsed amazing functionalities to cover the features required in specific applications. The aim of this thesis was to develop appropriate research strategies of functionalisation of polymers based on a multi-stage scheme, involving the design, processing, characterisation, and validation to meet the requisites of specific durability and service life. This methodology was applied to provide alternative solutions that respond to service requirements in several applications, such as photo-stabilisation of polyolefins for outdoor applications, polyelectrolyte membranes for fuel cells, and scaffolds for tissue engineering. The functionalisation of polymers was performed by macromolecular modification, blending, and combination with micro and nanoparticles. Processing techniques such as solvent-casting, hot-melt extrusion, compression moulding and electrospinning permitted to obtain specific physico-chemical features, which were determined by spectroscopy, chromatography, microscopy and thermal analysis. In addition, a validation procedure was performed by means of real or simulated service conditions, which helped assess the suitability of the functionalised polymer-based materials. In the field of the photo-stabilisation of polyolefins, polydisperse silicon particles provided high stability to raw non-additivated polypropylene (PP) against sunlight irradiation in terms of appearance, thermal stability and mechanical properties. In order to design polyelectrolytes for fuel cells, the cross-linking and sulfonation of poly(vinyl alcohol) (PVA) with sulfosuccinic acid (SSA) was considered. The combination with graphene oxide (GO) and chitosan (CS) was also explored. The new functionalised films or nanofibrous polyelectrolytes, offered dimensional and thermal stability under service conditions, were electric insulators, and revealed promising performance in terms of proton conductivity. Functionalised blended scaffolds of polycaprolactone (PCL) and gelatin (Ge) were obtained for tissue engineering. The control of the dissolution time into a formic/acetic acid hydrolytic solvent prior to electrospinning permitted to obtain tailored scaffolds, in terms of nanofibrous morphology, physico-chemical performance and biocompatibility. The scaffolds with balanced ratios of PCL/Ge promoted in vitro cell adhesion and proliferation, as well as suited appropriate durability under in vitro conditions and during the in vivo implantation. / L'estudi de nous materials i metodologies ha resultat en un progrés exponencial de la ciència de polímers. Els recents avanços en la modificació d'aquests materials, juntament amb l'ús de noves tècniques de processat, han aportat extraordinàries funcionalitats per afrontar les necessitats requerides en aplicacions específiques. En aquest sentit, l'objectiu de la present tesi fou desenvolupar l'estratègia d'investigació adequada per a la funcionalització de polímers, basada en un esquema de múltiples etapes, implicant el disseny, processat, caracterització i validació del compliment dels requisits de durabilitat específica i vida útil. Aquesta metodologia es va aplicar per aportar solucions alternatives en aplicacions com la foto-estabilització de poliolefines exposades a l'aire lliure, el desenvolupament de membranes de polielectròlits per a piles de combustible i de bastides per a enginyeria de teixits. La funcionalització dels polímers es va realitzar mitjançant tècniques de modificació macromolecular, mescla, i combinació amb micro i nanopartícules. Es van considerar tècniques de processat com la dissolució-abocament, l'extrusió per fusió en calent, l'emmotllament per compressió i l'electrofilat, les quals van permetre obtenir característiques fisicoquímiques específiques, que es van avaluar mitjançant tècniques d'espectroscòpia, cromatografia, microscòpia i anàlisi tèrmic. A més, es van realitzar els procediments de validació en condicions de servei reals o simulades, que van permetre avaluar la idoneïtat dels materials desenvolupats. En el camp de la foto-estabilització de poliolefines, l'addició de micropartícules de silici polidispers va proporcionar una elevada estabilitat al polipropilè (PP) sense additivar davant de la irradiació solar, en termes d'aparença, estabilitat tèrmica i propietats mecàniques. En el disseny de polielectròlits per a piles de combustible, es va considerar el entrecreuament i sulfonació de poli(alcohol vinílic) (PVA) amb àcid sulfosuccínic (SSA). També es va estudiar la combinació amb òxid de grafè (GO) i quitosà (CS). Tant els nous films funcionalitzats com els polielectròlits nanofibrosos, mostraren estabilitat dimensional i tèrmica en condicions de servei, foren aïllants elèctrics i revelaren un rendiment prometedor en termes de conductivitat protònica. Es van obtenir bastides funcionalitzades per a enginyeria de teixits a partir de la mescla de policaprolactona (PCL) i gelatina (Ge). El control del temps de dissolució en un dissolvent hidrolític d'àcid fòrmic/acètic abans de l'electrofilat va permetre obtenir bastides amb característiques a mida, en termes de morfologia, comportament fisicoquímic i biocompatibilitat. Les bastides amb proporcions equilibrades de PCL i Ge van promoure l'adhesió i proliferació cel·lular in vitro, així com una durabilitat adequada en condicions in vitro i durant la implantació in vivo. / Gil Castell, Ó. (2018). Development, characterisation and validation of functionalised polymer-based materials for smart applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107950 / Compendio

La regulación mundial de emisiones contaminantes en el sector de la automoción está siendo cada día más estricta. La implantación de nuevos procedimientos está presionando la industria hacia la búsqueda de nuevas tecnologías que cumplan los objetivos de reducción de emisiones contaminantes. En el medio plazo se espera que las pruebas de emisiones a baja temperatura ambiente sean obligatorias en el proceso de homologación. La combustión a bajas temperaturas influye de forma importante en la velocidad de la reacción conllevando un aumento de las emisiones y finalmente al apagado de llama. Bajo estas condiciones, se produce un aumento de las emisiones de hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO) así como un aumento del consumo de combustible. Además, en condiciones de baja temperatura ambiente las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) pueden aumentar debido a la desactivación de los sistemas de recirculación de gases de escape. En la presente tesis, se ha analizado el efecto de la baja temperatura ambiente en un motor diesel HSDI. Los ensayos fueron realizados en ciclos de conducción NEDC y WLTC. La influencia directa de las bajas temperaturas en las emisiones se analizó por medio de las medida bruta de contaminantes, aguas arriba de los sistemas de postratamiento. El funcionamiento de los sistemas de postratamiento también fue evaluado a bajas temperaturas mediante la eficiencia de la oxidación catalítica de HC y CO. Los resultados de este estudio mostraron un deterioro de las emisiones y del rendimiento efectivo a bajas temperaturas. El efecto de las bajas temperaturas varió dependiendo de condiciones de carga. El ciclo NEDC se consolida como el peor escenario de conducción, para la realización de pruebas a baja temperatura, con un incremento del 270% en HC, 250% en NOx, 125% en CO y 20% en consumo específico. El mayor grado de carga junto con el carácter más transitorio del ciclo WLTC mostraron un efecto menor de las bajas temperaturas ambiente con un aumento del 150% en HC y 250% en NOx. A diferencia del ciclo NEDC, las emisiones de CO se redujeron en un 20% y no se detectó un aumento del consumo de combustible. Además del aumento de la formación de contaminates, el análisis del catalizador de oxidación mostró una reducción de la eficiencia en ambos ciclos de conducción NEDC y WLTC. El presente trabajo tiene por objetivo comparar dos sistemas de gestión térmica para la mejora del funcionamiento de MCIA a bajas temperaturas. El primer sistema estaba basado en la gestión del flujo de refrigerante para evitar subenfriamiento en condiciones de funcionamiento en frío. Por un lado, se propusieron estrategias de bajo y nulo flujo en el circuito de refrigerante motor. Por otro lado, se realizaron ensayos con 0 flujo en el circuito de refrigerante del WCAC para evitar el subenfriamiento del aire de admisión durante puntos de baja carga en condiciones de funcionamiento en frío. El otro sistema incluía la recuperación de energía térmica del escape (EGHR). El refrigerante del WCAC se empleó como fluido de recuperación conectándose con un intercambiador de escape. La primera parte de los resultados de la gestión térmica están centrados en el análisis individual de los distintos sistemas de gestión. En las conclusiones se comparan todos los sistemas propuestas explicando las diferencias entre ellos. Mediante el uso del EGHR las emisiones de HC fueron reducidas, durante los puntos de baja carga, en comparación con el resto de estrategias térmicas planteadas. El análisis energético del EGHR se centró en la eficiencia y en el estudio la recuperación por cambio de fase. El papel que la entalpia de cambio de fase juega en la recuperación de calor residual fue estudiado por medio de la medición de concentración de vapor de agua en el gas de escape en la entrada y salida del intercambiador del EGHR. La condensación del vapor de agua de escape representó el 25% de toda la / Automotive world-wide pollutant emissions regulations are getting more stringent every day. New testing procedures are pushing the automotive industry towards researching new technologies to accomplish the emissions targets. In the mid-term future is expected that low ambient temperature emissions testing will become mandatory for any engine model type approval. Low ignition temperature greatly influences on combustion rate leading to emissions increase and eventually to misfiring events. In these conditions, high emissions of unburned hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) are released along with fuel consumption penalties. In addition, nitrogen oxides (NOx) emissions may rise under cold conditions owing to the disabling of Exhaust Gas Recirculation (EGR) systems at cold conditions. In this thesis the effect of low ambient temperature in a High Speed Direct Injection (HSDI) Light Duty (LD) engine is analysed. Tests were performed in New European Driving Cycles (NEDC) and Worldwide harmonized Light vehicles Tests (WLTC). Direct influence of low temperature on engine emissions was addressed by engine out pollutants sampling. The effect on aftertreatment systems was also evaluated by the CO and HC oxidation efficiency. The results of this survey indicated a general detriment of pollutant emissions and brake thermal efficiency at low ambient temperatures. The effect of low temperature varied depending on the engine load test conditions. NEDC comes up as the worst scenario for low temperature testing with an increase of 270% in HC, 250% in NOx, 125% in CO and 20% in Brake Specific Fuel Consumption (BSFC). Running at higher engine loads and transient conditions, as it's performed in WLTC tests, showed a lower effect of ambient temperature with an increase of 150% in HC and 250% in NOx. In contrast to NEDC, CO emissions were reduced in 20% and no engine efficiency penalty was spotted. In addition to the pollutant emission formation increase, the aftertreatment analysis showed a significant reduction of the Diesel Oxidative Catalyst (DOC) efficiency in both NEDC and WLTC. This work is aimed to analyse and compare two different thermal management approaches for engine enhancement running at low ambient temperature. The first approach relied on coolant management aimed to avoid overcooling when running at cold conditions. On one hand, low flow and 0 flow engine coolant strategies were performed while Water Charge Air Cooled (WCAC) coolant is recirculated. On the other hand, WCAC 0 flow was applied for avoiding overcooling at low ambient temperatures. The other layout was based on an exhaust gas heat recovery system (EGHR). WCAC coolant was directed to an exhaust tail pipe heat exchanger for waste heat recovery. Recovered heat was released in the WCAC for speeding up the intake air temperature increase. The first part of the thermal management results is focused on the analysis by thermal layout. Comparison of both thermal management is discussed in the conclusions section of that chapter. By enabling an EGHR system, HC emissions were reduced during low load driving phases in comparison with the other of layouts. EGHR energy analysis was also conducted, focusing on energy efficiency and phase change recovery analysis. The role that latent enthalpy plays on waste heat recovery was addressed by measuring the water vapour concentration in the exhaust stream at both EGHR heat exchanger inlet and outlet. Water vapour condensation represented the 25% of the total recovered energy. / La regulació mundial d'emissions contaminants en el sector de l'automoció està sent cada vegada més estricta. La implantació de nous procediments està pressionant la indústria cap a la cerca de noves tecnologies que complisquen els objectius de reducció d'emissions contaminants. En el mig termini s'espera que les proves d'emissions a baixa temperatura ambient siguen obligatòries en el procés d'homologació. La combustió a baixes temperatures influeix de forma important en la velocitat de la reacció comportant un augment de les emissions i finalment a l'apagat de flama. Sota aquestes condicions, es produeix un augment de les emissions d'hidrocarburs (HC) i monòxid de carboni (CO) així com un augment del consum de combustible. A més, en condicions de baixa temperatura ambiente les emissions d'òxids de nitrogen (NOx) poden augmentar a causa de la desactivació dels sistemes de recirculació de gasos d'escapament. En la present tesi, s'ha analitzat l'efecte de la baixa temperatura ambiente en un motor dièsel HSDI. Els assajos van ser realitzats en cicles de conducció NEDC i WLTC. La influència directa de les baixes temperatures en les emissions es va analitzar per mitjà de la mesura bruta de contaminants, aigües a dalt dels sistemes de postractament. El funcionament dels sistemes de postractament també va ser avaluat a baixes temperatures mitjançant l'eficiència de la oxidació catalítica de HC i CO. Els resultats d'aquest estudi van mostrar una deterioració de les emissions i del rendiment efectiu a baixes temperatures. L'efecte de les baixes temperatures variava depenent de les condicions de càrrega. El cicle NEDC es consolida com el pitjor escenari de conducció, per a la realització de proves a baixa temperatura, amb un increment del 270% en HC, 250% en NOx, 125% en CO i 20% en consum específic. El major grau de càrrega juntament amb el caràcter més transitori del cicle WLTC van mostrar un efecte menor de les baixes temperatures ambient amb un augment del 150% en HC i 250% en NOx. A diferència del cicle NEDC, les emissions de CO es van reduir en un 20% i no es va detectar un augment del consum de combustible. A més de l'augment de la formació de contaminants, l'anàlisi del catalitzador d' oxidació va mostrar una reducció de l'eficiència en tots dos cicles de conducció NEDC i WLTC. El present treball té per objectiu comparar dos sistemes de gestió tèrmica per a la millora del funcionament dels MCIA a baixes temperatures. El primer sistema estava basat en la gestió del flux de refrigerant per a evitar subrefredament en condicions de funcionament en fred. D'una banda, es van proposar estratègies de baix i nul flux en el circuit de refrigerant motor. D'altra banda, es van realitzar assajos amb 0 flux en el circuit de refrigerant del WCAC per a evitar el subrefredament de l'aire d'admissió durant punts de baixa càrrega en condicions de funcionament en fred. L'altre sistema incloïa la recuperació d'energia tèrmica de l'escapament (EGHR). El refrigerant del WCAC es va emprar com fluït de recuperació connectant-se amb un bescanviador d'escapament. La primera part dels resultats de la gestió tèrmica estan centrats en l'anàlisi individual dels diferents sistemes de gestió. En les conclusions es comparen tots els sistemes proposats explicant les diferències entre ells. Mitjançant l'ús del EGHR les emissions de HC van ser reduïdes, durant els punts de baixa càrrega, en comparació de la resta d'estratègies tèrmiques plantejades. L'anàlisi energètic del EGHR es va centrar en l'eficiència i en l'estudi de la recuperació per canvi de fase. El paper que l'entalpia de canvi de fase juga en la recuperació de calor residual va ser estudiat per mitjà del mesurament de concentració de vapor d'aigua en el gas d'escapament en l'entrada i eixida del bescanviador del EGHR. La condensació del vapor d'aigua de l'escapament va representar el 25% de tota l'energia recuperada. / Moratal Martínez, AA. (2018). EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THERMAL MANAGEMENT INFLUENCE ON PERFORMANCE AND EMISSIONS IN DIESEL ENGINES AT LOW AMBIENT TEMPERATURE [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/111950

El tubo capilar con intercambio de calor líquido-succión (CT-LSHX) es un componente ampliamente utilizado en refrigeradores domésticos. Trabajos recientes han indicado que la entrada del tubo capilar era bifásica, aunque condiciones subenfriadas estaban medidas a la salida del condensador. El objetivo de esta tesis doctoral es examinar las condiciones reales a la entrada del tubo capilar de un refrigerador doméstico mediante el uso de un banco de pruebas innovador. Se instalaron tubos transparentes a la salida del condensador y a la entrada del tubo capilar con el fin de visualizar el flujo. La campaña de visualización experimental revela que el flujo a la entrada del tubo capilar era bifásico a pesar de la medición de un cierto subenfriamiento, independientemente de la posición del filtro instalado a la entrada del capilar (horizontal o vertical), la dirección del flujo (hacia arriba o hacia abajo) y la carga de refrigerante. Este estudio demuestra también que el filtro no estaba actuando como un acumulador ya que el nivel de líquido del capilar siempre siguió la entrada del tubo capilar, independientemente de la longitud del tubo capilar dentro del filtro. Se plantearon dos hipótesis para explicar el fenómeno: una condición de no equilibrio del refrigerante y/o un desequilibrio entre el caudal másico del compresor y del capilar, es decir, el sistema estaría equipado con un capilar no bastante restrictivo en comparación con las necesidades del compresor. El condensador original refrigerante-aire fue reemplazado por un condensador refrigerante-agua para evaluar, a partir del balance de calor en el condensador de agua, las condiciones del refrigerante a la salida del condensador y, por lo tanto, a la entrada del tubo capilar. Las mediciones indican un flujo bifásico no equilibrado compuesto de vapor y líquido subenfriados a la entrada del tubo capilar. Para verificar si la presencia de flujo bifásico se debía a un desequilibrio entre el caudal másico del compresor y del capilar, el diseño del banco de prueba se modificó utilizando un diámetro de tubo capilar más pequeño y aumentando la velocidad del compresor. Con esta nueva configuración, se alcanzó a llenar de líquido el filtro y, por lo tanto, tener condiciones exclusivamente líquidas a la entrada del tubo capilar. Se realizó una comparación de prestaciones entre un flujo bifásico y un flujo únicamente líquido a la entrada del capilar. Los resultados revelan que el COP fue mayor cuando la entrada del capilar era sólo líquida. / El tub capil·lar amb intercanvi de calor líquid-succió (CT-LSHX) és un component àmpliament utilitzat en refrigeradors domèstics. Treballs recents han indicat que l'entrada del tub capil·lar era bifàsica, encara que condicions sub-refredades estaven mesurades a l'eixida del condensador. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral és examinar les condicions reals a l'entrada del tub capil·lar d'un refrigerador domèstic mitjançant l'ús d'un banc de proves innovador. Es van instal·lar tubs transparents a l'eixida del condensador i a l'entrada del tub capil·lar amb la finalitat de visualitzar el flux. La campanya de visualització experimental revela que el flux a l'entrada del tub capil·lar era bifàsic malgrat el mesurament d'un cert sub-refredament, independentment de la posició del filtre instal·lat a l'entrada del capil·lar (horitzontal o vertical), la direcció del flux (cap amunt o cap avall) i la càrrega de refrigerant. Aquest estudi demostra també que el filtre no estava actuant com un acumulador ja que el nivell de líquid del capil·lar sempre va seguir l'entrada del tub capil·lar, independentment de la longitud del tub capil·lar dins del filtre. Es van plantejar dues hipòtesis per a explicar el fenomen: una condició de no equilibri del refrigerant i/o un desequilibri entre el cabal màssic del compressor i del capil·lar, és a dir, el sistema estaria equipat amb un capil·lar no bastant restrictiu en comparació amb les necessitats del compressor. El condensador original refrigerant-aire va ser reemplaçat per un condensador refrigerant-aigua per a avaluar, a partir del balanç de calor en el condensador d'aigua, les condicions del refrigerant a l'eixida del condensador i, per tant, a l'entrada del tub capil·lar. Els mesuraments indiquen un flux bifàsic no equilibrat compost de vapor i líquid sub-refredats a l'entrada del tub capil·lar. Per a verificar si la presència de flux bifàsic es devia a un desequilibri entre el cabal màssic del compressor i del capil·lar, el disseny del banc de prova es va modificar utilitzant un diàmetre de tub capil·lar més xicotet i augmentant la velocitat del compressor. Amb aquesta nova configuració, es va aconseguir omplir de líquid el filtre i, per tant, tindre condicions exclusivament líquides a l'entrada del tub capil·lar. Es va realitzar una comparació de prestacions entre un flux bifàsic i un flux únicament líquid a l'entrada del capil·lar. Els resultats revelen que el COP va ser major quan l'entrada del capil·lar era només líquida. / Capillary tube with liquid-to-suction heat exchanger (CT-LSHX) is a component widely used in household refrigerators. Recent works have indicated that even when measuring subcooled conditions at the condenser outlet, the actual capillary tube inlet is two phase-flow. The aim of this PhD thesis is to examine the actual conditions at the capillary tube inlet of a household refrigerator by using an innovative test bench. Transparent tubes were set up at the condenser outlet and capillary tube inlet. The experimental visualisation campaign reveals that the capillary tube inlet was two-phase flow despite the measurement of a certain subcooling, regardless of the filter position (horizontal or vertical), flow direction (upward or downward) and refrigerant charge. This study also demonstrates that the filter was not acting as an accumulator since the liquid level of the capillary always followed the capillary tube entrance, regardless of the capillary tube length inside the filter. Two hypotheses were then posed to explain the phenomenon: a non-equilibrium condition of the refrigerant and/or an unbalanced matching between compressor and capillary tube, that is, the system would be equipped with a capillary tube with a notably large expansion capacity compared to the needs of the compressor. The original refrigerant-to-air condenser was replaced by a refrigerant-to-water condenser to assess, from the heat balance at the water condenser, the refrigerant conditions at the condenser outlet and therefore, at the capillary tube inlet. Measurements indicate a non-equilibrium two-phase flow composed of subcooled vapour and liquid at the capillary tube inlet. To verify if the presence of two-phase flow was due to unbalanced matching between the capillary tube and compressor, the test bench design was modified by using a smaller capillary tube diameter and increasing compressor speed. Fully liquid conditions at the capillary tube inlet were reached with this new configuration. A performance analysis comparison between a capillary tube inlet composed of vapour and liquid and a capillary tube inlet composed of only liquid was also performed. Results reveal that COP were higher in cases of fully liquid conditions at the capillary tube inlet. / Bardoulet, LV. (2018). Non-adiabatic capillary tubes in high efficiency household refrigerator: an experimental study [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/113170

En la Península Ibérica, la arquitectura tradicional de tierra se caracteriza por la variedad de materiales y técnicas constructivas empleadas a lo largo de su territorio, que se adaptan a la realidad geográfica y sociocultural de un área concreta. Si bien estos lenguajes constructivos experimentaron una decadencia progresiva durante el siglo XX en pro de nuevos sistemas estandarizados pese a su innegable valor cultural, las técnicas constructivas en tierra han sido objeto de numerosos estudios nacionales e internacionales en las últimas décadas, no solo a nivel patrimonial sino también desde el punto de vista de la construcción sostenible. Así, este trabajo pretende contribuir al corpus de conocimiento, cada vez mayor, en torno a la arquitectura tradicional de tierra, cuya difusión tiene un elevado impacto en las intervenciones que se ejecutan en este patrimonio. La investigación se centra en la comarca de La Serranía, ubicada al noroeste de la provincia de Valencia, donde la arquitectura tradicional de tierra constituye un extenso patrimonio todavía presente en la mayoría de centros históricos de los municipios, así como en entornos rurales. No obstante, el carácter aislado de este territorio y su creciente despoblación, entre otros factores externos e internos, ponen en riesgo la preservación de esta rica herencia patrimonial. Dado que esta arquitectura ha experimentado dinámicas de intervención diversas para adaptarse a los estándares de confort y las necesidades de uso de sus ocupantes, el conocimiento profundo de las técnicas tradicionales con tierra resulta esencial a la hora de garantizar su salvaguardia y establecer criterios de actuación compatibles con la misma. Una vez conocida la realidad de esta arquitectura en la comarca, la investigación se focaliza en el análisis de su comportamiento bioclimático adaptado al contexto territorial y la evaluación de la eficiencia energética en las intervenciones realizadas mediante distintos procedimientos. A partir de los resultados obtenidos y tras una reflexión en torno a los criterios de intervención, siempre teniendo en cuenta los condicionantes socioculturales y económicos de la comarca, se establecen un conjunto de propuestas de actuación compatibles con su estado de conservación, su naturaleza constructiva, su carácter tradicional y su comportamiento bioclimático. De este modo, la presente tesis doctoral se estructura en tres bloques, que permiten descubrir la arquitectura tradicional de tierra en La Serranía, comprender su comportamiento bioclimático y energético y proponer estrategias de restauración sostenible. En base a los conocimientos adquiridos y a las reflexiones realizadas, la investigación propuesta tiene como objetivo poner en valor la arquitectura tradicional de tierra en este territorio y contribuir a su preservación, puesto que constituye un patrimonio con amplios valores y sigue siendo una arquitectura válida en el mundo contemporáneo. / A la Península Ibèrica, l'arquitectura tradicional de terra es caracteritza per la varietat de materials i tècniques constructives empleades al llarg del seu territori, que s'adapten a la realitat geogràfica i sociocultural d'una àrea concreta. Si bé aquests llenguatges constructius van experimentar una decadència progressiva durant el segle XX en pro de nous sistemes estandarditzats a pesar del seu innegable valor cultural, les tècniques constructives en terra han sigut objecte de nombrosos estudis nacionals i internacionals en les últimes dècades, no sols a nivell patrimonial sinó també des del punt de vista de la construcció sostenible. Així, aquest treball pretén contribuir al corpus de coneixement, cada vegada major, al voltant de l'arquitectura tradicional de terra, la difusió de la qual té un elevat impacte en les intervencions que s'executen en aquest patrimoni. La investigació se centra a la comarca del Serrans, ubicada al nord-oest de la província de València, on l'arquitectura tradicional de terra constitueix un extens patrimoni encara present en la majoria de centres històrics dels municipis, així com en entorns rurals. No obstant això, el caràcter aïllat d'aquest territori i la seua creixent despoblació, entre altres factors externs i interns, posen en risc la preservació d'aquesta rica herència patrimonial. Atès que aquesta arquitectura ha experimentat dinàmiques d'intervenció diverses per a adaptar-se als estàndards de confort i les necessitats d'ús dels seus ocupants, el coneixement profund de les tècniques tradicionals amb terra resulta essencial a l'hora de garantir la seua salvaguarda i establir criteris d'actuació compatibles amb la mateixa. Una vegada coneguda la realitat d'aquesta arquitectura a la comarca, la investigació es focalitza en l'anàlisi del seu comportament bioclimàtic adaptat al context territorial i en l'avaluació de l'eficiència energètica en les intervencions realitzades per mitjà de distints procediments. A partir dels resultats obtinguts i després d'una reflexió entorn dels criteris d'intervenció, sempre tenint en compte els condicionants socioculturals i econòmics de la comarca, s'estableixen un conjunt de propostes d'actuació compatibles amb el seu estat de conservació, la seua naturalesa constructiva, el seu caràcter tradicional i el seu comportament bioclimàtic. D'aquesta manera, la present tesi doctoral s'estructura en tres blocs que permeten, descobrir l'arquitectura tradicional de terra als Serrans, comprendre el seu comportament bioclimàtic i energètic i proposar estratègies de restauració sostenible. Basant-se en els coneixements adquirits i en les reflexions realitzades, la investigació proposada té com a objectiu posar en valor l'arquitectura tradicional de terra en aquest territori i contribuir a la seua preservació, ja que constitueix un patrimoni amb amplis valors i continua sent una arquitectura vàlida en el món contemporani. / Traditional earthen architecture in the Iberian Peninsula is characterized by the variety of materials and construction techniques used throughout its territory, which adapt to the geographical and sociocultural reality of a specific area. While these constructive languages, despite its undeniable cultural value, experienced a progressive decline during the twentieth century in favor of new standardized systems, earthen constructive techniques have been the subject of numerous national and international studies in recent decades, not only as heritage but also as sustainable constructions. This work aims to contribute to the increasing body of knowledge on traditional earthen architecture, whose dissemination has a high impact on the interventions carried out on this heritage. The research focuses on the region of La Serranía, located northwest of the province of Valencia, where traditional earthen architecture constitutes an extensive heritage still present in most municipalities' historic centers, as well as in rural environments. However, the isolated character of this territory and its growing depopulation among other external and internal factors put at risk the preservation of this rich heritage inheritance. Given that this architecture has experienced diverse intervention dynamics to adapt to the comfort standards and needs of its occupants, in-depth knowledge of traditional earthen techniques is essential in order to guarantee its safeguard and to establish compatible action criteria. Once studied the reality of this architecture in the region, the research focuses on the analysis of its bioclimatic behavior adapted to the territorial context and the evaluation of energy efficiency in the interventions carried out through different procedures. Based on the obtained results and after a reflection on the intervention criteria, always taking into account the socio-cultural and economic conditions of the region, a set of action proposals compatible with their state of preservation, constructive nature, traditional character and bioclimatic behavior are established. The present doctoral thesis is structured in three blocks, which allow to discover traditional earthen architecture in La Serranía, to understand its bioclimatic and energetic behavior and to propose sustainable restoration strategies. Based on the knowledge acquired and the reflections made, the proposed research aims to emphasize traditional earthen architecture in this territory and to contribute to its preservation, since it constitutes a heritage with ample values and remains a valid type of architecture in the contemporary world. / Balaguer Garzón, L. (2018). EN TIERRA SERRANA.La restauración de la arquitectura tradicional de tierra en la comarca de La Serranía de Valencia. Estudio del comportamiento bioclimático y la eficiencia energética en las intervenciones [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/113642

[ES] Las amenazas a las que se enfrentan los motores de combustión interna, tales como emisiones contaminantes, agotamiento del petróleo o el auge de otros tipos de motores (vehículo eléctrico), vinculan el futuro de los vehículos propulsados por este tipo de motor a la mejora del mismo en cuanto a consumo de combustible y a emisiones contaminantes se refiere. Adicionalmente, la alta exigencia de la normativa actual y venidera está forzando a las empresas de automoción a centrarse en el desarrollo de estrategias innovadoras dirigidas a aumentar el rendimiento del motor con baja repercusión en emisiones contaminantes. Un primer paso para atajar esta problemática es centrarse en los procesos que ocurren en la cámara de combustión, que es la base del motor. Teniendo en cuenta este escenario, el objetivo principal del presente trabajo es evaluar y optimizar el ciclo indicado de un motor de combustión interna por medio de una herramienta termodinámica 0D. El acoplamiento de esta herramienta, previamente desarrollada en el grupo de trabajo, con un modelo de emisiones de \NOx{} y una herramienta de optimización, permite la evaluación del impacto sobre el rendimiento indicado de varios límites operacionales y procesos reales que tienen lugar en la cámara de combustión. En primer lugar, se ha evaluado el rendimiento indicado de diferentes ciclos ideales en los motores estudiados en el trabajo. Debido a que la diferencia entre ciclos ideales y reales es resultado de la existencia de varias imperfecciones, se ha realizado un estudio de sensibilidad de dichas imperfecciones para determinar cuáles son las que tienen mayor impacto sobre el rendimiento indicado. A continuación, se han buscado los ciclos teóricos óptimos, en este caso ya teniendo en cuenta los principales fenómenos que ocurren en el cilindro, para obtener la ley de combustión que maximiza el rendimiento indicado a la vez que cumple con diferentes restricciones mecánicas y límites de emisiones. En este análisis se concluye que la velocidad de combustión es el parámetro más importante a tener en cuenta. Con el fin de evaluar algunas técnicas experimentales comúnmente usadas para aumentar la velocidad de combustión, parámetro clave como se ha comentado, se han utilizado diferentes enfoques tales como balances globales de energía, división de pérdidas y diseños de experimentos. Las conclusiones extraídas de dichos análisis han sido usadas para optimizar experimentalmente la ley de combustión. La comparación entre esta optimización experimental y la teórica proporciona el impacto en el rendimiento indicado que supone la limitación en la velocidad de combustión impuesta por el motor analizado. Esta metodología actúa como una herramienta de análisis comparativo entre diferentes arquitecturas del motor, estableciendo el techo de eficiencia bajo las condiciones de operación consideradas, y con ello la ganancia máxima alcanzable por un hipotético motor perfecto. / [CA] Les amenaces a què s'enfronten els motors de combustió interna, com ara emissions contaminants, esgotament del petroli o motors alternatius (vehicle elèctric), vinculen el futur dels vehicles propulsats per aquest tipus de motor a la millora del mateix quant a consum de combustible i a emissions contaminants es refereix. Addicionalment, l'alta exigència de la normativa actual i venidora està forçant a les empreses d'automoció a centrar-se en el desenrotllament d'estratègies innovadores dirigides a augmentar el rendiment del motor amb baixa repercussió en emissions contaminants. Un primer pas per a atallar esta problemàtica és centrar-se en els processos que ocorren en la cambra de combustió, que és la base del motor. Tenint en compte aquest escenari, l'objectiu principal del present treball és avaluar i optimitzar el cicle indicat d'un motor de combustió interna per mitjà d'una ferramenta termodinàmica 0D. L'adaptament d'esta ferramenta, prèviament desenrotllada en el grup de treball, amb un model d'emissions de \NOx{} i una ferramenta d'optimització, permet l'avaluació de l'impacte sobre el rendiment indicat d'uns quants límits operacionals i processos reals que tenen lloc en la cambra de combustió. En primer lloc, s'ha avaluat el rendiment indicat de diferents cicles ideals en els motors estudiats en el treball. Pel fet que la diferència entre cicles ideals i reals és resultat de l'existència de diverses imperfeccions, s'ha realitzat un estudi de sensibilitat de les dites imperfeccions per a determinar quines són les que tenen major impacte sobre el rendiment indicat. A continuació, s'han buscat els cicles teòrics òptims, en aquest cas ja tenint en compte els principals fenòmens que ocorren en el cilindre, per a obtindre la llei de combustió que maximitza el rendiment indicat al mateix temps que compleix amb diferents restriccions mecàniques i límits d'emissions. En aquest anàlisi es conclou que la velocitat de combustió és el paràmetre més important a tindre en compte. A fi d'avaluar algunes tècniques experimentals comunament usades per a augmentar la velocitat de combustió, paràmetre clau com s'ha comentat, s'han utilitzat diferents enfocaments com ara balanços globals d'energia, divisió de pèrdues i dissenys d'experiments. Les conclusions extretes d'aquest anàlisi han sigut usades per a optimitzar experimentalment la llei de combustió. La comparació entre esta optimització experimental i la teòrica proporciona l'impacte en el rendiment indicat que suposa la limitació en la velocitat de combustió imposada pel motor analitzat. Esta metodologia actua com una ferramenta d'anàlisi comparativa entre diferents arquitectures del motor, establint el sostre d'eficiència davall les condicions d'operació considerades, i amb això el guany màxim abastable per un hipotètic motor perfecte. / [EN] Issues affecting internal combustion engines, such as pollutant emissions, oil depletion and the raising of alternative powertrains (full electric vehicle), link the future of vehicles powered by this type of powertrain to its improvement in terms of fuel consumption and pollutant emissions. Additionally, the high stringency of the current and upcoming legislation is forcing automotive manufacturers to focus on developing innovative engine strategies aimed to increase the efficiency with low penalty in emissions. A first step to tackle this issue is to focus on the processes occurring in the combustion chamber, which is the core of the engine. Taking into account this scenario, the main objective of the present work is to assess and optimize the indicated cycle of an internal combustion engine based on a zero-dimensional thermodynamic tool. The coupling of this tool, previously developed in the work group, with a \NOx{} emissions model and an optimization tool allows evaluating the impact on gross indicated efficiency of several operational limits and real processes taking place in the combustion chamber. Thus, the first step was the assessment of the indicated efficiency of some ideal cycles in the engines studied in the work. Since the difference between ideal and real cycles is due to the existence of some imperfections, a sensitivity study of these imperfections is carried out to determine the ones with the highest impact on gross indicated efficiency. Later on, the optimum theoretical cycles have been searched for, now taking into account the main phenomena occurring in the cylinder, to get the combustion profile that maximizes the indicated efficiency while keeping some mechanical restrictions and emission limits. In this analysis, the combustion velocity raised as the most important parameter to take into account. In order to assess some experimental techniques commonly used to enhance the combustion velocity, key parameter as commented, different approaches such as Global Energy Balance, split of losses and the use of design of experiments have been conducted. The conclusions extracted from these analysis have been used to optimize experimentally the combustion law. The comparison between this experimental optimization and the theoretical one provides the impact on gross indicated efficiency of the combustion velocity limitation imposed by the engine hardware. This methodology acts as a benchmarking tool between different hardware architectures, setting the efficiency ceiling of the considered operating point, and thus the maximum gain achievable by implementing an hypothetical perfect hardware. / Blanco Cavero, D. (2018). Assessment and optimization of the indicated cycle with a 0D thermodynamic model [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115934

Tesis por compendio / [ES] RESUMEN La Electrónica Orgánica ha experimentado un gran avance en las últimas décadas, desde que en los años 70 se descubrieran los polímeros conductores. Las características únicas de los semiconductores orgánicos, han permitido el desarrollo de dispositivos electrónicos flexibles y con múltiple funcionalidad, mediante técnicas de fabricación a temperatura ambiente y bajo coste. Uno de los campos en los que estos dispositivos orgánicos han despertado mayor interés es el de su aplicación como sensores. En particular, los sensores basados en los denominados Transistores Orgánicos de película delgada (OTFT's) han experimentado un gran desarrollo debido a sus múltiples ventajas, como simplicidad, elevada sensibilidad, y posibilidad de miniaturización. Existen dos tipos principales de OTFT's: Transistor Orgánico de Efecto de Campo (OFET) y Transistor Electroquímico Orgánico (OECT). Los OECT's constan de tres electrodos (surtidor, drenador y puerta), un semiconductor orgánico (OSC), y un electrolito en contacto con el semiconductor. El funcionamiento de los sensores basados en OECT's se basa en la modulación de la corriente del canal por dopaje o de-dopaje electroquímico desde el electrolito, cuando se aplican tensiones de puerta. Los OECT's resultan especialmente adecuados como sensores químicos debido a su capacidad de operar en medios acuosos. En este trabajo, se han desarrollado OECT's basados en el OSC PEDOT:PSS mediante tecnología Screen-printing. Los transistores se han diseñado variando su geometría, parámetro del que depende la sensibilidad del sensor. Mediante la caracterización eléctrica de los OECT's, se ha podido determinar la geometría óptima en función del analito a detectar. Finalmente, se ha comprobado experimentalmente la validez de estos OECT's como sensores de cationes de diferentes tamaños y de ácido ascórbico, obteniéndose resultados muy satisfactorios. Los OFET's, se han preparado depositando el OSC sobre el dieléctrico y para obtener el canal cuya corriente se modula con la tensión aplicada al electrodo de puerta. En la mayoría de los sensores basados en OFET's, el semiconductor está expuesto al analito. Su funcionamiento se basa en la modificación de la corriente del canal por dopaje o captura de cargas en presencia del analito. En este trabajo, se han desarrollado OFET's basados en TIPS-Pentacene mediante las tecnologías Drop-casting y Spin-coating. Tras establecer la mejor técnica de deposición del semiconductor orgánico se han caracterizado eléctricamente los OFET's. La caracterización eléctrica de estos transistores orgánicos es fundamental para optimizar su uso como sensores químicos. No obstante, las propiedades únicas de los OSC's dificultan la caracterización eléctrica de estos dispositivos con los equipos comerciales actuales, diseñados todos ellos para la caracterización de transistores de Silicio. Para suplir esta necesidad, se ha diseñado un equipo para la caracterización de transistores orgánicos, utilizando componentes comerciales de bajo coste y un software desarrollado específicamente para la determinación de los parámetros característicos de OECT's y OFET's fijados en la norma estándar IEEE 1620-2008. / [CA] RESUM La Electrònica Orgànica ha experimentat un gran avanç en les últimes dècades, des que en els anys 70 es descobrissin els polímers conductors. Les característiques úniques dels semiconductors orgànics, han permès el desenvolupament de dispositius electrònics flexibles i amb múltiple funcionalitat, mitjançant tècniques de fabricació a temperatura ambient i baix cost. Un dels camps en què aquests dispositius orgànics han despertat més interès és el de la seva aplicació com a sensors. En particular, els sensors basats en els denominats Transistors Orgànics de pel·lícula prima (OTFT s) han experimentat un gran desenvolupament a causa dels seus múltiples avantatges, com simplicitat, elevada sensibilitat, i possibilitat de miniaturització. Hi ha dos tipus principals de OTFT s: Transistor Orgànics d'Efecte de Camp (OFET) i Transistor Electroquímic Orgànic (OECT). Els OECT's consten de tres elèctrodes (sortidor, drenador i porta), un semiconductor orgànic (OSC), i un electròlit en contacte amb el semiconductor. El funcionament dels sensors basats en OECT's es basa en la modulació del corrent del canal per dopatge o de-dopatge electroquímic des del electròlit, quan s'apliquen tensions de porta. Els OECT's resulten especialment adequats com a sensors químics per la seva capacitat d'operar en mitjans aquosos. En aquest treball, s'han desenvolupat OECT's basats en el OSC PEDOT: PSS mitjançant tecnologia Screen-printing. Els transistors s'han dissenyat variant la seua geometria, paràmetre del qual depèn la sensibilitat del sensor. Mitjançant la caracterització elèctrica dels OECT's, s'ha pogut determinar la geometria òptima en funció de l'analit a detectar. Finalment, s'ha comprovat experimentalment la validesa d'aquests OECT's com a sensors de cations de diferents mides i d'àcid ascòrbic, obtenint-se resultats molt satisfactoris. Els OFET's, s'han preparat dipositant el OSC sobre el dielèctric per obtenir el canal i la corrent es modula amb la tensió aplicada a l'elèctrode de porta. En la majoria dels sensors basats en OFET's, el semiconductor està exposat al analit. El seu funcionament es basa en la modificació del corrent del canal per dopatge o captura de càrregues en presència de l'analit. En aquest treball, s'han desenvolupat OFET's basats en TIPS-Pentacene mitjançant les tecnologies "Drop-càsting" i "Spin-coating". Després d'establir la millor tècnica de deposició del semiconductor orgànic s'han caracteritzat elèctricament els OFET's La caracterització elèctrica d'aquests transistors orgànics és fonamental per optimitzar el seu ús com a sensors químics. No obstant això, les propietats úniques dels OSC's dificulten la caracterització elèctrica d'aquests dispositius amb els equips comercials actuals, dissenyats tots ells per a la caracterització de transistors de silici. Per suplir aquesta necessitat, s'ha dissenyat un equip per a la caracterització de transistors orgànics, utilitzant components comercials de baix cost i un programari desenvolupat específicament per a la determinació dels paràmetres característics de OECT's i OFET's fixats en la norma estàndard IEEE 1620-2008. / [EN] ABSTRACT Organic Electronics has been extensively developed along these past decades, since the discovery of conducting polymers in the 1970s. The unique features that these organic semiconductors can offer have allowed the development of many electronic devices with mechanical flexibility and multiple functionalities, using low-temperature and low-cost fabrication technologies. These organic devices have attracted considerable interest for their use in many fields, especially for sensing applications. In particular, Organic Thin-Film Transistors (OTFTs) have paved the way towards the fabrication of efficient sensors due to their many advantages, such as simplicity, high sensitivity, and facile miniaturization. OTFTs can be classified into two types of transistors: Organic Field Effect Transistors (OFET) and Organic Electrochemical Transistors (OECT). The essential components of an OECT are an organic semiconductor film, three electrodes (source, drain and gate), and an electrolyte bridging the semiconductor and the gate electrode. The operation of an OECT-based sensor lies on the modulation of the channel current by electrochemical doping or de-doping from the electrolyte, when gate voltages are applied. OECTs have attracted considerable interest for their application as chemical sensors due to their ability to operate in aqueous environments. In this work, PEDOT: PSS-based OECTs have been prepared by Screen-printing. The effect of the geometry on the sensor sensitivity has been investigated by comparing OECTs with different channel and gate areas ratio. The electrical characteristics of the OECTs have been used to determine the geometry that optimizes their performance for sensing different analytes. Finally, the use of these OECTs for the detection of cations and ascorbic acid has been experimentally assessed, with satisfactory and promising results. The OFET's have been prepared by depositing the organic semiconductor on the dielectric and thus obtain the chanel whose current is modulated by the voltage applied to the gate electrode. In most of the OFET-based sensors, the semiconductor is exposed to the analyte. Their operation is based on the modification of the channel current by charge doping or trapping due to the analyte. In this work, OFETs based on TIPS-pentacene have been prepared by Drop-casting and Spin-coating. The best technique for deposition of this organic semiconductor has been initially identified. Then, the electrical characteristics of these OFETs have been determined. The electrical characterization of these organic transistors is essential for their optimization as chemical sensors. However, the unique properties of organic semiconductors render difficult the electrical characterization of these transistors with current commercial devices, since these have been all designed for characterizing Si-based transistors. A device which allows for systematic characterization of organic transistors has been designed therefore, using low-cost commercial components and a software that has been specifically developed for the determination of the reporting parameters for OFETs and OECTs, as specified in the IEEE 1620-2008 standard. / El trabajo desarrollado en los artículos ha sido posible gracias a los distintos proyectos de investigación de financiación pública dentro del marco de proyectos del Ministerio de Educación y Ciencia del Gobierno de España/Fondos FEDER (grant number MAT2015-64139-C4-3-R (MINECO/FEDER)) y Fondos de la Generalitat Valenciana (grant number AICO/2015/103). / Pérez Fuster, C. (2019). Diseño y caracterización de sensores para la medida de parámetros químicos y biológicos mediante Organic Thin-film transistors [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118793 / Compendio

[ES] El continuo endurecimiento de las normativas que regulan las emisiones contaminantes de los motores de combustión ha obligado a su desarrollo ininterrumpido, buscando mejorar su consumo y reducir su impacto medioambiental. Esto ha provocado la introducción progresiva de sistemas de post-tratamiento de gases de escape en los motores de combustión a fin de limitar la emisión de sustancias contaminantes a la atmósfera. En el caso concreto de la emisión de partículas, se ha estandarizado el empleo de filtros de partículas de flujo de pared como solución tecnológica para el cumplimiento de las normativas vigentes tanto en motores diésel (DPF) como gasolina (GPF). Por el propio mecanismo de funcionamiento de estos filtros se produce una acumulación de hollín dentro y sobre sus paredes porosas. Esta acumulación tiene un gran efecto sobre el comportamiento fluidodinámico del filtro, afectando a la pérdida de presión y, de ahí, aumentando el consumo específico del motor. Por este motivo, y dada la limitada capacidad de acumulación del filtro, se realizan procesos de regeneración para eliminar las partículas de hollín almacenadas. Se recurre para ello a dos estrategias complementarias. Por un lado, se tienen las estrategias de regeneración activa, que se realizan de forma periódica, mediante un aporte externo de energía. De entre estas estrategias, el método más habitual es el uso de post-inyecciones de combustible. Por otro lado, existen estrategias pasivas, que conducen a la oxidación del hollín sin fuentes de energía externa y reducen la frecuencia de los eventos de regeneración activa. La definición de dichas estrategias, así como su control, requieren del uso de herramientas computacionales para lograr una mayor comprensión y permitir la optimización de estos procesos. En este contexto, la presente tesis doctoral ofrece una contribución al modelado de los procesos de regeneración. Parte importante de este trabajo ha consistido en el desarrollo y validación de un modelo de regeneración que se ha implementado en un modelo termofluidodinámico 1D de DPF ya existente. Esta herramienta se ha desarrollado proponiendo una definición detallada del mecanismo de oxidación de hollín, presentándose un análisis del efecto de las etapas que lo componen. El modelo propuesto también se ha adaptado para su uso en un modelo de valor medio de DPF, que junto al modelo de reactividad química de catalizadores de oxidación desarrollado en el contexto de esta tesis, ha sido empleado en el análisis de la influencia de la variación de los parámetros básicos de la estrategia de post-inyección sobre la regeneración del DPF. Por otra parte, es sabido que el balance entre las etapas de carga y regeneración del filtro determina la distribución de las partículas en su interior. Así, esta tesis se completa con un estudio acerca del efecto de la distribución de las partículas sobre el comportamiento del DPF y cómo la distribución no homogénea de las partículas en el filtro condiciona el proceso de regeneración activa, afectando también a las hipótesis a considerar para su correcto modelado. Como consecuencia de estos trabajos se ha definido un conjunto de herramientas computacionales que facilitan la comprensión de los procesos de regeneración y que son aplicables al amplio rango de casos de estudio considerados. / [CA] El continu enduriment de les normatives que regulen les emissions contaminants dels motors de combustió ha obligat al seu desenvolupament ininterromput, buscant millorar el seu consum i reduir el seu impacte mediambiental. Açò ha provocat la introducció progressiva de sistemes de post-tractament de gasos de fuga en els motors de combustió a fi de limitar l'emissió de substàncies contaminants a l'atmosfera. En el cas de l'emissió de partícules, s'ha estandarditzat l'utilització de filtres de partícules de flux de paret com a solució tecnològica per al compliment de les normatives vigents tant en motors dièsel (DPF) com gasolina (GPF). Pel propi mecanisme de funcionament estos filtres es produïx una acumulació de sutja dins i sobre les seues parets porosas. Esta acumulació té un gran efecte sobre el comportament fluidodinàmic del filtre, afectant la pèrdua de pressió i, d'aci, augmentant el consum específic del motor. Per este motiu, i per la limitada capacitat d'acumulació del filtre, es realitzen processos de regeneració per a eliminar les partícules de sutja emmagatzemades. Es recorre per a això a dos estratègies complemetaries. Per una banda, es tenen les estratègies de regeneració activa, que es realitzen de forma periòdica, per mitjà d'una aportació externa d'energia. D'entre estes estratègies, el mètode més habitual es l'ús de post-injeccions de combustible. D'altra banda, hi ha estratègies passives, que conduïxen a l'oxidació de la sutja sense fonts externes d'energia i reduïxen la freqüència dels esdeveniments de regeneració activa. La definició de les estratègies, així com el seu control, requerixen de l'ús de ferramentes computacionals per a aconseguir una mitjor comprensió i permetre l'optimització d'estos proccesos. En este context, la present tesi doctoral oferix una contribució al modelatge dels processos de regeneració. Part important d'este treball ha consistit en el desenvolupament i validació d'un model de regeneració que s'ha implementat en un model termofluidodinàmic 1D de DPF ja existent. Esta ferramenta s'ha desenvolupat proposant una definició detallada del mecanisme d'oxidació de sutja, presentant-se una anàlisi de l'efecte de les etapes que ho componen. El model proposat també s'ha adaptat per al seu ús en un model de valor mitjà de DPF, que junt amb el model de reactivitat química de catalitzadors d'oxidació desenvolupat en el context d'esta tesi, ha sigut empleat en l'anàlisi de la influència de la variació dels paràmetres bàsics de l'estratègia de post-injecció sobre la regeneració del DPF. D'altra banda, és sabut que el balanç entre les etapes de càrrega i regeneració del filtre determina la distribució de les partícules en el seu interior. Així, esta tesi es completa amb un estudi sobre l'efecte de la distribució de les partícules sobre el comportament del DPF i com la distribució no homogènia de les partícules en el filtre condiciona el procés de regeneració activa, afectant també les hipòtesis a considerar per al seu correcte modelatge. Com a conseqüència d'estos treballs s'ha definit un conjunt de ferramentes computacionals que faciliten la comprensió dels processos de regeneració i que són aplicables a l'ampli rang de casos d'estudi considerats. / [EN] The continuous tightening of emission regulations for internal combustion engines has forced their uninterrupted development, seeking to improve their fuel consumption and reduce their environmental impact. This fact has led to the progressive introduction of exhaust aftertreatment systems in combustion engines in order to limit the emission of polluting substances into the atmosphere. In the specific case of particle emission, the use of wall flow particle filters has been standardized as a technological solution to comply with current regulations both in diesel (DPF) and gasoline (GPF). The operating principle of these filters results in an accumulation of soot inside and on their porous walls. This accumulation has an important effect on the fluid-dynamic behavior of the filter, affecting the pressure drop and, hence, increasing the specific consumption of the engine. For this reason, and due to the limited accumulation capacity of the filter, regeneration processes are carried out to remove the stored soot particles, where two main strategies can be found. On the one hand, there are active regeneration strategies, that are performed periodically, through an external supply of energy. Among these strategies, the most common method is the use of post-injections. On the other hand, there are passive strategies that lead to soot oxidation without external energy sources and reduce the frequency of active regeneration events. The definition of the strategies, as well as their control, require the use of computational tools to achieve a comprehensive understanding and optimization of these processes. In this context, this doctoral thesis offers a contribution to the modeling of regeneration processes. An important part of this work was dedicated to the development and validation of a regeneration model that was implemented in an existing DPF thermofluid dynamic 1D model. This tool proposes a detailed definition of the soot oxidation mechanism, presenting an analysis of the effect of the steps that comprise it. The proposed model was also adapted for its use in a DPF mean value model and, together with the oxidation catalysts chemical reactivity model developed in the context of this thesis, has been used in the analysis of the influence of variation in the basic parameters of the post-injection strategy. Furthermore, it is known that the balance between the filter loading and regeneration stages determines the soot distribution. Thus, this thesis is completed with a study about the effect of the particle distribution on the behavior of the DPF and how the non-homogeneous distribution of the particles determines the active regeneration process, also affecting the hypotheses to be considered for its correct modeling. As a result of these studies, a set of computational tools was defined to allow the understanding of regeneration processes that are applicable in the wide range of case studies considered. / Sanchis Pacheco, EJ. (2019). Modelado de la oxidación del hollín en filtros de partículas diésel [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/120455

[ES] Las patologías óseas provocan en gran medida discapacidad física, siendo la regeneración de tejidos vivos uno de los campos más avanzados en Ingeniería de Tejidos. Consecuentemente, grandes esfuerzos se focalizan en el estudio de nuevos materiales bioabsorbibles para tratar remodelaciones de fracturas óseas. Es por ello que este trabajo se centra en estudiar las propiedades mecánicas y la interacción de las células en función de la hidrofobicidad y la química de diferentes polímeros bioabsorbibles comparados con polímeros no-bsorbibles. Por otro lado, cargas como Hidroxiapatita (HA) y Nanotubos de Haloisita (HNTs) se utilizaron para mejorar la afinidad, interacción y proliferación de células. Para ello, inicialmente se monitorizó el efecto de las cargas inorgánicas en las propiedades estructurales del polímero bioabsorbible Policaprolactona (PCL). Por lo tanto, se estudiaron las variaciones de propiedades térmicas y mecánicas de PCL provocadas por la adición de HA y HNTs. Este estudio preliminar permitió entender el efecto sinérgico entre el polímero y los grupos funcionales de las cargas inorgánicas, estableciendo el umbral de carga y optimizando el ratio de aditivación. En términos generales, se observó una mejora de las propiedades mecánicas cuando las dos cargas se utilizan simultáneamente. Asimismo, aprovechando la forma tubular de los HNTs, estos fueron utilizados como portadores de fármacos estudiando su habilidad para ser cargado con curcumina y su habilidad para liberar en un ambiente fisiológico. Conociendo por una parte la habilidad del HA de promover la formación de hueso nuevo compuesto por apatita y colágeno; y, por otra parte, que la HA y los HNTs alteran el comportamiento hidrofóbico de los polímeros; se estudiaron los cambios morfológicos provocados por la adición de HA y HNTs en dos familias de polímeros con químicas similares pero diferente hidrofobicidad. Por consiguiente, el poliéster hidrofóbico PCL se mezcló con ácido poliláctico (PLA) y se combinó con nanopartículas de HA y HNTs. Por otra parte, el altamente hidrofóbico poli(2-hidroxietil metacrilato (PHEMA) se copolimerizó con etil metacrilato (EMA) y se aditivó con HA y HNTs. Por lo tanto, la dispersión de cargas inorgánicas en las matrices poliméricas fue estudiada, además de la formación de hidroxiapatita en la superficie del polímero, y el rátio de degradación del PCL/PLA. Se observó que la introducción de HA en polímeros con carácter hidrofílico induce un alto ratio de nucleación de hidroxiapatita y de degradación de los polímeros bioabsorbibles. Sin embargo, los HNTs tienden a formar grandes agregados cuando el carácter hidrofílico del polímero aumenta, dando lugar a puntos de inicio de grietas y fallo del material. La culminación de este estudio se alcanzó mediante la monitorización de la viabilidad celular, proliferación y morfología de las células como efecto de la superficie química de los polímeros. La hidrofobicidad de la superficie del polímero afecta a la interacción de las células y esta se puede mejorar mediante la modificación del polímero con HA y HNTs. De ese modo, el incremento de la viabilidad celular con la adición de las dos cargas inorgánicas es inducido por la generación de nuevos centros reactivos de Ca2+ y PO4 3¿presentes en la HA, y los grupos silano (Si-OH) situados en la superficie de los HNTs. Por lo tanto, se observó que, en superficies hidrofóbicas, debido a un alto ratio de llegada de proteínas, estas compiten por el espacio dando lugar a interacciones pobres entre células y polímero mostrando una geometría celular redondeada. Sin embargo, en superficies hidrofóbicas al hallarse altamente solvatadas, las proteínas inicialmente encuentran mayor dificultad para llegar a la superficie, y con ello disponen de mayor espacio para organizarse y anclarse a la superficie, dando lugar a una mayor adhesión y proliferación de las cél / [CA] Les patologies òssies provoquen en gran mesura discapacitat física, sent la regeneració de teixits vius un dels camps més avançats en Enginyeria de Teixits. Per consegüent, grans esforços es focalitzen en l'estudi de nous materials bioabsorbibles per a tractar remodelacions de fractures òssies. És per això que aquest treball es focalitza a estudiar les propietats mecàniques i la interacció de les cèl·lules en funció de la hidrofobicitat i la química de diferents polímers bioabsorbibles comparats amb polímers no-absorbibles. D'altra banda, càrregues com Hidroxiapatita (HI HA) i Nano-tubs d'Hal·loysita (HNTs) es van utilitzar per a millorar l'afinitat, interacció i proliferació de cèl·lules. Per aquest motiu, inicialment es va monitoritzar l'efecte de les càrregues inorgàniques amb les propietats estructurals del polímer bioabsorbible Policaprolactona (PCL). Per tant, es van estudiar les variacions de propietats tèrmiques i mecàniques de PCL provocades per l'addició de HA i HNTs. Aquest estudi preliminar va permetre entendre l'efecte sinèrgic entre el polímer i els grups funcionals de les càrregues inorgàniques, establint el llindar de càrrega i optimitzant la ràtio d'aditivación. En termes generals, es va observar una millora de les propietats mecàniques quan les dues càrregues s'utilitzen simultàniament. Així mateix, aprofitant la forma tubular dels HNTs, aquests van ser utilitzats com a portadors de fàrmacs estudiant la seva habilitat per a ser carregat amb cúrcuma i la seva habilitat per a alliberar en un ambient fisiològic. Coneixent d'una banda l'habilitat de l¿HA de promoure la formació d'os nou compost per apatita i col·lagen; i, d'altra banda, que l¿HA i els HNTs alteren el comportament hidrofòbic dels polímers; es van estudiar els canvis morfològics provocats per l'addició de HA i HNTs en dues famílies de polímers amb químiques semblants però diferent hidrofobicitat. Per consegüent, el polièster hidrofòbic PCL es va mesclar amb àcid poliláctic (PLA) i es va combinar amb nanopartícules de HA i HNTs. D'altra banda, l'altament hidrofòbic poli (2-hidroxietil metacrilat (PHEMA) és va copolimeritzar amb etil metacrilat (EMA) i s'additivà amb HA i HNTs. Per tant, la dispersió de càrregues inorgàniques en les matrius polimèrica va ser estudiada, a més de la formació d¿hidroxiapatita en la superfície del polímer, i la ràtio de degradació del PCL/PLA. Es va observar que la introducció de HA en polímers amb caràcter hidrofílic indueix un alt ràtio de nucleació de hidroxiapatita i de degradació dels polímers bioabsorbibles. No obstant això, els HNTs tendeixen a formar grans agregats quan el caràcter hidrofílic del polímer augmenta, donant lloc a punts d'inici de clavills i fallada del material. La culminació d'aquest estudi es va aconseguir per mitjà del monitoratge de la viabilitat cel·lular, proliferació i morfologia de les cèl·lules com a efecte de la superfície química dels polímers. La hidrofobicitat de la superfície del polímer afecta la interacció de les cèl·lules i aquesta es pot millorar per mitjà de la modificació del polímer amb HA i HNTs. D'aquesta manera, l'increment de la viabilitat cel·lular amb l'addició de les dues càrregues inorgàniques és induït per la generació de nous centres reactius de Ca2+ i PO4 3¿ presentes en l'HA, i els grups silanol (Si-OH) situats en la superfície dels HNTs. Per tant, es va observar que en superfícies hidrofòbiques, a causa d'un alt ràtio d'arribada de proteïnes, aquestes competeixen per l'espai donant lloc a interaccions pobres entre cèl·lules i polímer mostrant una geometria cel·lular arredonida. No obstant això, en superfícies hidrofòbiques al trobar-se altament solvatades, les proteïnes inicialment troben més dificultat per a arribar a la superfície, i amb això disposen de major espai per a organitzar-se i ancorar-se a la superfície, donant lloc a una ma / [EN] Bone pathology entails an important average of physical disability, being bone tissue regeneration one of the most actively researched fields in Tissue Engineering. Accordingly, large efforts are focused on the research of novel bioabsorbable materials as a prosthesis with stiffness values similar to that of the host tissue capable of fulfilling the requirements for bone fracture remodelling. This work is focused on studying mechanical properties and cell interaction as a function of the chemical structure and hydrophobicity of different bioabsorbable polymers compared with non-absorbable polymers. Hydroxyapatite (HA) and Halloysite nanotube (HNTs) were used as fillers in order to grant better cell attachment, proliferation and differentiation along with hydrophobicity behaviour. For this end, it was aimed to firstly monitor the effects of bioactive fillers on the structural properties of bioabsorbable Polycaprolactone (PCL). Thus, mechanical and thermal properties of PCL were studied by modifying the additivation percentage of the bioactive fillers HA and HNTs. This preliminary study allowed to understand the synergic effect among the polymeric matrix and the functional groups present on the additives chemical structure by establishing the additivation threshold and optimizing the additivation rate. In general terms, a noticeable improvement of mechanical properties was achieved with the simultaneous addition of the two fillers. Additionally, taking advantages of the HNTs nano-tubular shape, those were studied as drug carrier structures and their loading and release ability with curcumin was monitored. Knowing in one side that HA promotes the formation of a layer of new bone composed of biological apatite and collagen; and in the other side, that HA and HNTs alter hydrophobicity behaviour; morphological properties supplied by both fillers were studied and compared among different pairs of polymers with similar chemical natures but different hydrophobicity. Accordingly, the hydrophobic polyester PCL was modified by its blending with Polylactic acid (PLA) and combined with HA nanoparticles and HNTs. On the other hand, the hydrophilic poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) was copolymerized with ethyl methacrylate (EMA) and also combined with HA and HNTs. Thus, the effect of both fillers was studied on Hydroxyapatite nucleation, distribution of the fillers into the polymeric matrices and PCL/PLA degradation rate. Therefore, it was observed that introduction of HA in polymers with moderately hydrophilic character induce a higher rate of hydroxyapatite nucleation and a faster degradation rate. However, HNTs tends to form big aggregates when the hydrophilic character increases, driving to crack initiation sites and failure of the material. The completion of this study was accomplished by means of monitoring cell viability, proliferation, and morphology on the two pairs of polymers varying the polymer's chemical surface by blending hydrophilic and hydrophobic polymers, copolymerizing monomers of opposite natures, and/or loading the polymer matrix with nanoparticles such as HA or HNTs. Polymer surface wettability is known to affect cell attachment and can be enhanced by modifying the polymer with HA and HNT. In this way, improvement in cell viability with the addition of HA and HNTs was observed due to the generation of new reactive sites with Ca2+ and PO4 3¿ groups present in HA, and silanol groups (Si-OH) located at the surfaces of HNTs. Thus, it was concluded that on hydrophobic materials, due to a faster arrival rate of proteins, those compete for surface absorption driving to low interaction sites between cells and polymer surface showing a round shape. However, on hydrophilic materials, the highly solvated surface at initial stage limits protein arrival and allowed protein rearrangement and spreading over the surface promoting cell adhesion and proliferation with better cytoskeleton spreading. / Torres Roca, E. (2019). "Halloysite nanotubes/hydroxyapatite nanocomposites as hard tissue substitutes: effect on the morphology, thermomechanical behavior and biological development of aliphatic polyesters and polymethacrylates" [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125709

Tesis por compendio / [ES] El empuje actual de las normativas de emisiones y una conciencia social cada vez más crítica en este aspecto, ha llevado a la industria automotriz a elevar sus estándares en eficiencia a cimas nunca antes vistas. Con el mayor peso de las nuevas normativas puesto sobre los vehículos Diesel, la presión ejercida sobre esta tecnología es, si cabe, aún más crítica. Dada la necesidad de mantener este tipo de plantas propulsivas en determinadas aplicaciones, como son el transporte terrestre pesado, maquinaria o en el transporte marítimo, es también necesario mantener su desarrollo. Como parte fundamental de los motores Diesel, el sistema de inyección interviene directamente en la generación de la energía. La mejora y optimización de su funcionamiento repercute sobre la cadena de eficiencias del sistema. Esta tesis pretende contribuir al desarrollo de las plantas propulsivas Diesel en este aspecto y, concretamente, en el estudio de las geometrías de toberas Diesel de inyección directa. A lo largo del texto, este tipo de geometrías son estudiadas tanto desde la perspectiva del flujo interno como del flujo externo. Los estudios combinan modelos numéricos Eulerianos (para flujo interno o interno-externo acoplado), modelos Lagrangianos discretos (para el estudio del chorro), junto con medidas experimentales diversas que avalan los análisis ejecutados. La exploración de las geometrías propuestas no queda acotada solamente a formas circulares, más convencionales, sino que también se ha extendido a toberas de morfologías más innovadoras como son las elípticas. Las metodologías presentadas demuestran ser eficaces en el estudio de estos sistemas y una herramienta a tener en cuenta en la mejora de su diseño. Los distintos resultados obtenidos defienden, además, como la geometría de la tobera es un condicionante del desarrollo posterior de la mezcla y puede ser utilizada como elemento de optimización de la misma. / [CA] L'actual impuls de les normatives d'emissions i una consciència social cada vegada més crítica en aquest aspecte ha portat a la indústria automobilística a elevar els seus estàndards d'eficiència a cotes mai vistes abans. Amb el major pes de les noves normatives imposades als vehicles dièsel, la pressió exercida sobre aquesta tecnologia és, si cap, encara més crítica. Donada la necessitat de mantenir aquest tipus de plantes propulsives en determinades aplicacions, com el transport terrestre pesat, maquinària o el transport marítim, és també necessari mantenir el seu desenvolupament. Com a part fonamental dels motors dièsel, el sistema d'injecció intervé directament en la generació d'energia. La millora i optimització del seu funcionament repercuteix en la cadena d'eficiències del sistema. Aquesta tesi pretén contribuir al desenvolupament de les plantes propulsives dièsel en aquest aspecte i, concretament, en l'estudi de les geometries de bussons dièsel d'injecció directa. Al llarg del text, aquest tipus de geometries són estudiades tant des de la perspectiva del flux intern com del flux extern. Els estudis combinen models numèrics Eulerians (per a flux intern o intern-extern acoblat), models Lagrangians discrets (per a l'estudi del corrent), juntament amb mesures experimentals diverses que avalen els anàlisis realitzats. L'exploració de les geometries proposades no queda acotada només a formes circulars, més convencionals, sinó que també s'ha estès a bussons de morfologies més innovadores com les el·líptiques. Les metodologies presentades demostren ser eficaces en l'estudi d'aquests sistemes i una eina a tenir en compte en la millora del seu disseny. Els diferents resultats obtinguts també argumenten que la geometria del busó és un condicionant del desenvolupament posterior de la barreja i pot ser utilitzada com a element d'optimització de la mateixa. / [EN] The current push for emissions regulations and an increasingly critical social awareness in this regard has led the automotive industry to raise its efficiency standards to unprecedented heights. With greater emphasis on new regulations placed on Diesel vehicles, the pressure on this technology is even more critical. Given the need to maintain such propulsion systems in specific applications like heavy land transport, machinery, or maritime transportation, it is also necessary to continue their development. As a fundamental part of Diesel engines, the injection system directly affects energy generation. Improving and optimizing its operation has an impact on the overall efficiency of the system. This thesis aims to contribute to the development of Diesel propulsion systems in this regard, specifically in the study of direct injection Diesel nozzle geometries. Throughout the text, these types of geometries are examined from both internal and external flow perspectives. The studies combine Eulerian numerical models (for internal or coupled internal-external flow), discrete Lagrangian models (for jet analysis), along with various experimental measurements that support the conducted analyses. The exploration of proposed geometries is not limited to conventional circular shapes but has also extended to more innovative morphologies such as elliptical nozzles. The presented methodologies prove to be effective in studying these systems and serve as a valuable tool in improving their design. The different results obtained also argue that nozzle geometry is a determining factor in the subsequent mixture development and can be used as an optimization element for it. / Las investigaciones de esta tesis han sido respaldadas por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades el Gobierno de España y mis estudios de doctorado han sido financiados por la Agencia Estatal de Investigación del gobierno de España y el Fondo Social Europeo. Dichas ayudas se concretaron dentro del marco del proyecto "Desarrollo de modelos de combustión y emisiones HPC para el análisis de plantas propulsivas de transporte sostenibles" (TRA2017-89139-C2-1-R) a través del "Subprograma Estatal de Formación del Programa Estatal de Promoción del Talento y su Empleabilidad en I+D+i". / Martínez-Miracle Muñoz, EC. (2024). Estudio sobre el impacto de la geometría de toberas diesel en el desarrollo del chorro, la formación de la mezcla y la combustión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203126 / Compendio

[ES] La ingeniería tisular hepática ofrece una herramienta propicia de cribado toxicológico y modelización de enfermedades, que también podría proporcionar una terapia alternativa al trasplante de hígado para tratar enfermedades hepáticas en fase terminal. Se han propuesto varios modelos celulares para estudiar la fisiología hepática y el desarrollo de enfermedades. Los sistemas in vitro clásicos se basan en cultivos en monocapa de hepatocitos humanos primarios o líneas celulares de hepatoma, aunque en los últimos años se ha fomentado el uso de sistemas más complejos que también tienen en cuenta la organización tridimensional. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es desarrollar un sistema hepático tridimensional que recapitule la organización tridimensional del hígado utilizando hidrogeles y constructos porosos basados en la matriz extracelular hepática, y su aplicación para el estudio y tratamiento de enfermedades hepáticas. Para ello, primero optimizamos la composición utilizando hidrogeles de gelatina y ácido hialurónico, buscando las propiedades mecánicas más parecidas a las del hígado humano. Para determinar la idoneidad de los hidrogeles desarrollados para el cultivo de células hepáticas, se utilizó la reticulación in situ de células HepG2, una línea celular de hepatoma ampliamente utilizada en Hepatología, y se analizó tanto la viabilidad como la funcionalidad de las células. La caracterización mecánica de los hidrogeles y la evaluación de la funcionalidad de las células HepG2, nos llevaron a seleccionar la composición 20-80 gelatina-ácido hialurónico como la óptima para el cultivo de células hepáticas. En segundo lugar, se prepararon constructos porosos de gelatina-ácido hialurónico con porosidad interconectada y se utilizaron para el cultivo de hepatocitos humanos primarios y la evaluación de las funciones hepáticas clave. Los hepatocitos humanos primarios cultivados en constructos porosos de gelatina-ácido hialurónico mostraron una mayor secreción de albúmina y urea, y una mayor capacidad metabólica (niveles de actividad citocromo P450 y UDP-glucuronosiltransferasa) en comparación con los cultivos en monocapa estándar. El trasplante del constructo poroso con hepatocitos humanos produjo una mejora de la función hepática (niveles de transaminasas, necrosis) y mejoró el daño en un modelo de ratón de insuficiencia hepática inducida por acetaminofeno. Además, el estudio in vivo también proporcionó una comprensión mecanicista de la lesión hepática inducida por acetaminofeno y el impacto del trasplante mediante el análisis de la producción de citoquinas y la inducción de estrés oxidativo para encontrar biomarcadores adecuados de la eficacia de la terapia celular. Finalmente, en la última parte de esta tesis doctoral hemos explorado el uso de la bioimpresión como método para aumentar el rendimiento de los sistemas de ensayo que mejor imitan el entorno y la complejidad del tejido hepático. Para transformar los hidrogeles desarrollados en biotintas, se aumentó el peso molecular del ácido hialurónico. A continuación, se estudió la idoneidad de biotintas híbridas de gelatina y ácido hialurónico mediante la determinación de la viscosidad, la uniformidad y el factor de poros. La bioimpresión de células HepG2 demostró la idoneidad de las biotintas seleccionadas para el cultivo de células hepáticas y la mejora de su producción, lo que sugiere la conveniencia de automatizar y escalar la fabricación de hidrogeles. / [CA] L'enginyeria tissular hepàtica ofereix una ferramenta propícia de cribratge toxicològic i modelització de malalties, que també podria proporcionar una teràpia alternativa al trasplantament de fetge per a tractar malalties hepàtiques en fase terminal. S'han proposat diversos models cel·lulars per a estudiar la fisiologia hepàtica i el desenvolupament de malalties. Els sistemes in vitro clàssics es basen en cultius en monocapa d'hepatòcits humans primaris o línies cel·lulars de hepatoma, encara que en els últims anys s'ha fomentat l'ús de sistemes més complexos que també tenen en compte l'organització tridimensional. L'objectiu principal d'esta Tesi Doctoral és desenvolupar un sistema hepàtic tridimensional que recapitula l'organització tridimensional del fetge utilitzant hidrogels i bastides basades en la matriu extracel·lular hepàtica, i la seua aplicació per a l'estudi i tractament de malalties hepàtiques. Per a això, primer optimitzem la composició utilitzant hidrogels de gelatina i àcid hialurònic, buscant les propietats mecàniques més semblants a les del fetge humà. Per a determinar la idoneïtat dels hidrogels desenvolupats per al cultiu de cèl·lules hepàtiques, es va utilitzar la reticulació in situ de cèl·lules HepG2, una línia cel·lular de hepatoma àmpliament utilitzada en hepatologia, i es va analitzar tant la viabilitat com la funcionalitat de les cèl·lules. La caracterització mecànica dels hidrogels i l'avaluació de la funcionalitat de les cèl·lules HepG2, ens van portar a seleccionar la composició 20-80 gelatina-àcid hialurònic com l'òptima per al cultiu de cèl·lules hepàtiques. En segon lloc, es van preparar bastides de gelatina-àcid hialurònic amb porositat interconnectada i es van utilitzar per al cultiu d'hepatòcits humans primaris i l'avaluació de les funcions hepàtiques clau. Els hepatòcits humans primaris cultivats en bastides de gelatina-àcid hialurònic van mostrar una major secreció d'albúmina i urea, i una major capacitat metabòlica (nivells d'activitat citocrom P450 i UDP-glucuronosiltransferasa) en comparació amb els cultius en monocapa estàndard. El trasplantament de la bastida amb hepatòcits humans va produir una millora de la funció hepàtica (nivells de transaminases, necrosis) i va millorar el mal en un model de ratolí d'insuficiència hepàtica induïda per acetaminofèn. A més, l'estudi in vivo també va proporcionar una comprensió mecanicista de la lesió hepàtica induïda per acetaminofèn i l'impacte del trasplantament mitjançant l'anàlisi de la producció de citocines i la inducció d'estrès oxidatiu per a trobar biomarcadors adequats de l'eficàcia de la teràpia cel·lular. Finalment, en l'última part d'esta tesi doctoral hem explorat l'ús de la bioimpresió com a mètode per a augmentar el rendiment dels sistemes d'assaig que millor imiten l'entorn i la complexitat del teixit hepàtic. Per a transformar els hidrogels desenvolupats en bioimpresions, es va augmentar el pes molecular de l'àcid hialurònic. A continuació, es va estudiar la idoneïtat de la gelatina híbrida i l'àcid hialurònic com biotintes mitjançant la determinació de la viscositat, la uniformitat i el factor de porus. La bioimpresió de cèl·lules HepG2 va demostrar la idoneïtat de les biotintes seleccionades per al cultiu de cèl·lules hepàtiques i la millora del seu rendiment, la qual cosa suggereix la conveniència d'automatitzar i ampliar la fabricació d'hidrogels. / [EN] Liver tissue engineering offers an advantageous toxicological screening and disease-modelling tool and could also provide an alternative therapy to liver transplantation to treat end-stage liver diseases. Several cell-based models have been proposed to study liver physiology and disease development. The classical in vitro systems rely on monolayer cultures of primary human hepatocytes or hepatoma cell lines, although the use of more complex systems that also consider the three-dimensional organization has been encouraged in the last years. The main objective of this PhD Thesis is to develop a three-dimensional hepatic system that recapitulates the three-dimensional organization of the liver using hydrogels and scaffolds based on liver's extracellular matrix composition, and their application for the study and treatment of liver diseases. To this purpose, we first optimized the composition using gelatin-hyaluronic acid hydrogels, looking for the mechanical properties closer to the human liver. In order to determine the suitability of the developed hydrogels for hepatic cell culture, in situ crosslinking of HepG2 cells, a hepatoma cell line widely used in Hepatology, was used and both viability and functionality of the cells were analyzed. Mechanical characterization of hydrogels and the evaluation of HepG2 cells functionality, led us to select the 20-80 gelatin-hyaluronic acid composition as the optimal for hepatic cell culture. Secondly, gelatin-hyaluronic acid scaffolds with interconnected porosity were prepared and used for the culture of primary human hepatocytes and the evaluation of key hepatic functions. Primary human hepatocytes cultured in gelatin-hyaluronic acid scaffolds exhibited increased albumin and urea secretion and metabolic capacity (cytochrome P450 and UDP-glucuronosyltransferase activity levels) compared to standard monolayer cultures. The transplant of the scaffold containing human hepatocytes led to an improvement in liver function (transaminase levels, necrosis) and ameliorated damage in a mouse model of acetaminophen-induced liver failure. Additionally, the in vivo study also provided a mechanistic understanding of acetaminophen-induced liver injury and the impact of transplantation by analyzing cytokine production and oxidative stress induction to find suitable biomarkers of cell therapy's effectiveness. Finally, in the last part of this doctoral thesis we have explored the use of bioprinting as a method for increasing the throughput of the test systems that best mimic the environment and complexity of liver tissue. To transform the developed hydrogels into bioinks, the molecular weight of hyaluronic acid was increased. Then, the suitability of hybrid gelatin and hyaluronic acid as bioinks was studied by determining viscosity, uniformity, and pore factor. Bioprinting of HepG2 cells demonstrated the fitness of the selected bioinks for culturing hepatic cells and improving their performance, suggesting the suitability for automatising and scaling-up hydrogel's manufacturing. / Rodríguez Fernández, J. (2024). Biomimetic injectable hydrogels of gelatin and hyaluronic acid for hepatic cell culture [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207128