[ES] En este trabajo se proponen técnicas de control específicas para la paralelización de inversores sin transformador conectados a red, en aplicaciones de interconexión de buses de microrredes híbridas e instalaciones fotovoltaicas de gran potencia. La paralelización de inversores presenta múltiples ventajas como la modularidad, la redundancia o la flexibilidad para ampliar la potencia de un sistema o de una instalación. En el caso de inversores fotovoltaicos centralizados, también permite la conexión/desconexión de módulos inversores conectados en paralelo permitiendo una mayor eficiencia global cuando se trabaja a bajas potencias. Sin embargo, la paralelización de inversores provoca la aparición de corrientes de circulación que pueden provocar efectos indeseables en el sistema o en la instalación. Las contribuciones que se llevan a cabo en esta tesis están todas ellas orientadas a la mejora de la operación de inversores en paralelo en las aplicaciones descritas y son las siguientes: 1) Se presenta un modelo preciso en pequeña señal de n inversores conectados en paralelo con filtro de conexión a red LCL, en el cual se tienen en consideración los términos de acoplamiento entre fases de los inductores trifásicos. 2) Se propone una técnica de control en la que se emplean n-1 lazos de regulación que controlan la componente homopolar de las corrientes e imponen un valor nulo en régimen permanente, a fin de eliminar las corrientes de circulación. 3) Se propone el uso de moduladores en espacio vectorial de tres dimensiones (3D-SVM) para implementar el control de la componente homopolar de las corrientes. 4) Se muestran resultados analíticos, de simulación y experimentales que validan el esquema de control propuesto considerando la aparición de corrientes de circulación debido a distintos factores: desbalanceo de inductancias entre las fases de un inversor y de distintos inversores, desbalanceo de potencia entre inversores y empleo de modulaciones distintas en los inversores conectados en paralelo. Los ensayos experimentales se realizan sobre un convertidor trifásico de 10 kW formado por la conexión en paralelo de dos módulos de 5 kW cada uno. 5) Se muestran resultados de simulación y experimentales de la aplicación de las técnicas de reducción de corrientes de circulación a convertidores de interconexión entre los buses de alterna y continua de microrredes híbridas. Los ensayos experimentales se particularizan a un convertidor trifásico de 7.5 kW formado por un módulo de 5 kW y otro de 2.5 kW conectados en paralelo, emulando una eventual ampliación de potencia del 50%. 6) Se lleva a cabo el estudio por simulación de un sistema fotovoltaico de 2 MW compuesto por cuatro inversores de 500 kW conectados en paralelo, demostrando que el control de las componentes homopolares de las corrientes reduce en gran medida el valor de las corrientes de circulación y mejora el desempeño de la instalación. 7) Por último, se propone una técnica de control para mejorar la eficiencia global de inversores fotovoltaicos centralizados de potencia elevada, el cual se basa en la utilización de modelos funcionales bidimensionales de eficiencia para activar/desactivar los módulos de potencia en función del punto de operación del campo fotovoltaico. / [CA] En aquest treball es proposen tècniques de control específiques per a la paral·lelització d'inversors sense transformador connectats a la xarxa, en aplicacions d'interconnexió de busos de micro-xarxes híbrides i instal·lacions fotovoltaiques de gran potència. La paral·lelització d'inversors presenta múltiples avantatges com ara són la modularitat, la redundància o la flexibilitat per ampliar la potència d'un sistema o d'una instal·lació. En el cas d'inversors fotovoltaics centralitzats, també es permet la connexió/desconnexió de mòduls inversors connectats en paral·lel permetent una major eficiència global quan es treballa a potències baixes. En canvi, la paral·lelització d'inversors provoca l'aparició de corrents de circulació que poden provocar efectes indesitjables en el sistema o en la instal·lació. Totes les contribucions que es porten a terme en aquesta tesi estan orientades a la millora de la operació de inversors en paral·lel en les aplicacions descrites i son les següents: 1)Es presenta un model precís en xicoteta senyal de n inversors connectats en paral·lel amb filtre LCL de connexió a xarxa, en el qual es tenen en consideració els termes d'acoblament entre fases dels inductors trifàsics. 2) Es proposa una tècnica de control en la que s'usen n-1 llaços de regulació que controlen la component homopolar de les corrents i imposen un valor nul en règim permanent, a la fi d'eliminar les corrents de circulació. 3) Es proposa l'ús de moduladors en espai vectorial de tres dimensions (3D SVM) per implementar el control de la component homopolar de les corrents. 4) Es mostren resultats analítics, de simulació i experimentals els quals validen l'esquema de control proposat considerant l'aparició de corrents de circulació degut a diversos factors: desbalanceig d'inductàncies entre les fases d'un inversor i de distints inversors, desbalanceig de potència entre inversors i ús de modulacions distintes en els inversors connectats en paral·lel. Els assajos experimentals es realitzen sobre un inversor trifàsic de 10 kW format per la connexió en paral·lel de dos mòduls de 5 kW cadascun. 5) Es mostren resultats de simulació i experimentals de l'aplicació de les tècniques de reducció de corrents de circulació a convertidors d'interconnexió entre els busos d'alterna i contínua de micro-xarxes híbrides. Els assajos experimentals es particularitzen a un convertidor trifàsic de 7.5 kW format per un mòdul de 5 kW i altre de 2.5 kW connectats en paral·lel, emulant una eventual ampliació de potència del 50 %. 6) Es duu a terme l'estudi per simulació d'un sistema fotovoltaic de 2 MW format per quatre inversors de 500 kW connectats en paral·lel demostrant que el control de les components homopolars de les corrents redueixen en gran mesura el valor de les corrents de circulació i millora l'acompliment de la instal·lació. 7) Per últim, es proposa una tècnica de control per a la millora de l'eficiència global d'inversors fotovoltaics centralitzats de potència elevada, el qual es basa en la utilització de models funcionals bidimensionals d'eficiència per activar/desactivar els mòduls de potència en funció del punt d'operació del camp fotovoltaic. / [EN] In this work they have been proposed specific control techniques for the parallelization of transformerless inverters connected to the grid in two specific applications: i) the interlinking converter between ac and dc bus of hybrid microgrids and ii) high power photovoltaic farms. Paralleling of inverters presents some advantages as modularity, redundancy or flexibility for increasing the power of a system or of a plant. In photovoltaic centralized inverters, the parallel inverters can be connected and disconnected in order to improve the global efficiency when the system works at low power. However, the inverters paralleling causes the appearance of circulating currents which can produce undesirable effects in the system or in the plant. The contributions that are carried out in this thesis are all of them aimed at improving the operation of parallel inverters in the described applications and they are as follows: 1) It has been presented an accurate small signal model of n parallel inverters with an LCL grid filter, in which the mutual coupling terms of the three-phase inductors has been considered. 2) It has been proposed a control technique with n-1 control loops that control the zero-sequence current component by setting a zero value in steady state, looking for eliminating the circulating currents. 3) It has been proposed the use of three-dimension space vector modulator (3D SVM) to implement the zero-sequence currents control. 4) The analytical results have been validated by means of simulation and experimental results, showing the performance of the proposed control scheme considering the appearance of circulating currents due to different factors: i) inductor imbalances between the phases of an inverter or ii) between different inverters, iii) power imbalances between inverters and iv) the use of different modulation techniques in the parallel inverters. The experimental tests have been carried out on a 10 kW three-phase converter composed by the parallel connection of two 5 kW modules. 5) They have been shown both simulation and experimental results of the application of circulating current reduction techniques to interlinking converters between the DC and the AC buses of hybrid microgrids. The experimental tests have been particularized to a 7.5 kW three-phase converter composed by a 5 kW and a 2.5 kW module connected in parallel, emulating an eventual 50 % power expansion. 6) Is has been carried out the simulation study of a 2 MW photovoltaic system composed by four 500 kW inverters connected in parallel, showing that the control of the zero-sequence currents greatly reduces the value of the circulating currents and improve the system performance. 7) Finally, it has been proposed a control technique for the improvement of the global efficiency of high power photovoltaic centralized inverters, which is based in the use of bidimensional functional efficiency models to activate/deactivate the power modules according to the operation point of the photovoltaic farm. / Liberos Mascarell, MA. (2021). Técnicas de control para la conexión en paralelo de inversores aplicadas a convertidores de interconexión entre los buses de CC y CA de microrredes híbridas e inversores fotovoltaicos centralizados de alta potencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168190 / TESIS

Este trabajo de tesis ha tenido un largo desarrollo temporal, que ha permitido abordar campos de aplicación de contextos tradicionalmente muy distantes, permitiendo tener una visión más amplia y fortaleciendo el trabajo realizado. Un agente inteligente es una entidad que actúa de manera racional intentando lograr un objetivo, para ello percibe su entorno, procesa estas percepciones y responde en su entorno. Pero la resolución de un problema complejo presenta grandes dificultades y restricciones, tanto de tiempo como de recursos, así como necesita gran cantidad de conocimiento. Esto hace que la dificultad de resolución de los problemas aumente o las haga inviables para un agente trabajando individualmente. En los sistemas multiagente un grupo de agentes colaborarán, combinando sus habilidades y su conocimiento, permitiendo la resolución del problema de manera conjunta. Los sistemas multiagente son cada vez más demandados y utilizados. Su aplicación la podremos encontrar en un amplio número de campos como robótica, Big Data, aplicaciones de transporte y logística, sistemas de información geográfica, balanceo de redes y móviles, diagnóstico médico, aplicaciones gráficas, juegos, así como en muchos otros campos. A lo largo de los años se ha trabajado mucho para facilitar el diseño y la construcción de sistemas multiagente, han aparecido diversas arquitecturas, metodologías y herramientas, incluso se ha creado un estándar, el estándar IEEE-FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents). Pero se ha dejado la implementación a bajo nivel en manos de los equipos de desarrollo, los cuales han ido creando soluciones adhoc para cada uno de sus problemas. En esta tesis se presenta una arquitectura versátil que permita avanzar en el diseño y construcción de sistemas multiagente. Para ello proponemos una arquitectura híbrida multinivel y una metodología que nos facilita la creación de estos sistemas de una manera rápida, con bajo coste y de alta calidad. Para validar la arquitectura y demostrar su versatilidad la hemos aplicado a tres contextos de diferentes: • Edificios inteligentes: en sistema multiagente para mejorar el ahorro energético en un hotel, donde podremos observar una de las ventajas de la arquitectura: la integración de elementos de bajo nivel a través de la integración de elementos IoT (Internet of Things). • Robótica: en sistema de enjambre robótico para la detección de señales de radiofrecuencia, que demostrará la flexibilidad, escalabilidad y robustez de la arquitectura al aplicarse en un contexto de múltiples robots y de simulación. • Sistemas biomédicos: en una herramienta tecnológica para medir y registrar movimiento de hiperactividad (ADHD), donde podemos observar la versatilidad de la arquitectura a través de un contexto totalmente diferente, el de diagnósticos en salud.

Los incendios en recintos confinados son un tipo de emergencia que involucra a bomberos cuyas vidas a veces se ponen en peligro. En cualquier incendio confinado, el equipo de emergencia puede encontrar dos tipos de ambientes de combustión, ventilados o infra-ventilados. El comportamiento cambiante de este escenario depende de múltiples factores como el tamaño del recinto, la ventilación o el combustible involucrado, entre otros. Sin embargo, la dificultad de manejar este tipo de situaciones junto con el potencial error humano sigue siendo un desafío sin resolver para los bomberos en la actualidad. En ocasiones si se dan las condiciones adecuadas, pueden aparecer los fenómenos, extremadamente peligrosos, que son estudio de este trabajo (flashover y backdraft). Por lo tanto, existe una gran demanda de nuevas técnicas y tecnologías para abordar este tipo de emergencias que amenazan la vida y puede causar graves daños estructurales. A lo anterior hay que añadir que la incorporación de cámaras térmicas en los servicios de extinción de incendios y salvamentos, supone un gran avance que puede ayudar a prevenir estos tipos de fenómenos en tiempo real utilizando técnicas de inteligencia artificial.

[EN] The identification process of the parameters of a nominal model and its uncertainty, when it is used for Robust Control, is known as Parametric Robust Identification (RI). A possible approach to RI, which is appropriate when noise statistical properties unknown and/or model error invalidate statistical approaches, is the deterministic one (Set Membership Estimation). This deterministic approach assumes that identification error (IE), differences between the simulated outputs of the model and the measured outputs of the process, although unknown, will be bounded. Therefore, the objective is to estimate the parameters set of a model which keeps the identification error bounded by a certain norm and bound. This set is known as the feasible parameter set (FPS). For linear in their parameters models, the FPS is, if it exists, a convex polytope. In nonlinear models, the polytope can be non-convex even disjoint. In this thesis a RI methodology, which permits to estimate any kind of FPS in nonlinear models when IE is bounded by several norms simultaneously, is presented. This methodology converts the RI problem into a multimodal optimization problem with optimal global infinities, which constitute the FPS. For its optimization a specific evolutionary algorithm e-GA has been developed, to characterize the FPS by means of a discrete set of models FPS^* adequately distributed along the FPS. The methodology comes accompanied by a procedure that makes easy the determination of bounds, associated to the norms of the IE, in order to guarantee an FPS\neq\emptyset. For that, the Pareto Front information, which is obtained by means of minimization norms of the IE in a multobjective context is used. To solve the multobjective problem an evolutionary algorithm e-MOGA has been developed. In addition, a nominal model of restricted interpolated projection which belongs to the FPS is proposed. It is optimal in both identification and estimation errors in the parameter space. The RI of three nonlinear models, with real data, is presented as application examples of the proposed methodology: a thermal process, a model which shows the blockage that produces a given drug on the ionic currents of a cardiac cell and a greenhouse climate model (temperature and humidity) with roses hydroponic crop. / [ES] Al proceso de identificación de los parámetros de un modelo nominal y su incertidumbre para su utilización en Control Robusto se le conoce como Identificación Robusta Paramétrica (IR). Un posible enfoque para abordar la IR, que resulta apropiado cuando el desconocimiento de las propiedades estadísticas del ruido y/o la dinámica no modelada invalidan los enfoques estocásticos, es el determinístico (Set Membership Estimation). Este enfoque asume que el error de identificación (EI), diferencia entre las salidas medidas de proceso y las simuladas del modelo, aunque es desconocido, está acotado. De ahí que, bajo este enfoque, se persiga la determinación del conjunto de parámetros que consiguen mantener el EI acotado para una determinada norma y cota. Dicho conjunto es conocido como el conjunto de parámetros factibles (FPS). Cuando el modelo es lineal respecto de sus parámetros, el FPS, si existe, es un politopo convexo. En modelos no lineales dicho politopo puede ser no convexo e incluso inconexo. En esta tesis se presenta una metodología de IR que permite determinar FPS, de cualquier tipo, en modelos no lineales cualesquiera, acotando el EI simultáneamente mediante varias normas. La metodología transforma el problema de IR en un problema de optimización multimodal con infinitos óptimos globales, los cuales constituyen el FPS. Para su optimización se ha desarrollado un algoritmo evolutivo (EA) específico e-GA, que caracteriza el FPS mediante un conjunto discreto de modelos FPS* adecuadamente distribuido a lo largo del FPS. La metodología viene acompañada de un procedimiento que facilita la determinación de las cotas, asociadas a las normas que acotan el EI, para asegurar que FPS no se aun conjutno vacío. Para ello, se utiliza la información que genera el frente de Pareto resultante de la minimización simultánea de las normas mediante una optimización multiobjetivo.Para resolver este problema de optimización se ha desarrollado el algoritmo evolutivo e-MOGA. Adicionalmente, se propone como modelo nominal un modelo de proyección interpolada restringida que, pertenenciendo al FPS, resulta óptimo respecto del error de identificación y respecto del error de estimación en el espacio de parámetros. Como ejemplos de aplicación de la metodología propuesta se presenta la IR, con datos reales, de los parámetros de tres modelos no lineales: un sistema térmico, un modelo que refleja el bloqueo que produce un determinado fármaco sobre las corrientes iónicas de una célula cardíaca y el modelo climático de un invernadero (temperatura y humedad) con cultivo hidropónico de rosas. / [CA] Al procés d'identificació dels paràmetres d'un model nominal i la seua incertesa per a la seua utilització en Control Robust se'l coneix com a Identificació Robusta Paramètrica (IR). Un possible enfocament per a abordar l'IR, que resulta apropiat quan el desconeixement de les propietats estadístiques del soroll i/o la dinàmica no modelada invaliden els enfocaments estocàstics, és el determinístic (Set Membership Estimation). Aquest enfocament assumeix que l'error d'identificació (EI), diferència entre les eixides mesurades del procés i les simulades del model, encara que és desconegut, està acotat. Davall aquest enfocament, es persegueix la determinació del conjunt de paràmetres que aconsegueixen mantenir l'EI acotat per a una determinada norma i cota. Dit conjunt és conegut com el conjunt de paràmetres factibles (FPS). Quan el model és lineal respecte dels seus paràmetres, el FPS, si existeix, és un politop convex. En models no lineals dit politop pot ser no convex i fins i tot inconnex. En aquesta tesi es presenta una metodologia d'IR que permet determinar FPS, de qualsevol tipus, en models no lineals qualsevol, acotant l'EI simultàniament mitjançant diverses normes. La metodologia transforma el problema d'IR en un problema d'optimització multimodal amb infinits òptims globals, els quals constitueixen el FPS. Per a la seua optimització s'ha desenvolupat un algoritme evolutiu (EA) específic e-GA, que caracteritza el FPS mitjançant un conjunt discret de models FPS^* adequadament distribuït al llarg del FPS. La metodologia ve acompanyada d'un procediment que facilita la determinació de les cotes, associades a les normes que acoten l'EI, per a assegurar que FPS\neq\emptyset. Per a això, s'utilitza la informació que genera el front de Pareto resultant de la minimització simultània de les normes mitjançant una optimització multiobjetiu. Per a la resoldre, el problema multiobjectiu s'ha desenvolupat l'algoritme evolutiu e-MOGA. Addicionalment, es proposa com a model nominal un model de projecció interpolada restringida que, pertanyent al FPS, resulta òptim respecte de l'error d'identificació i respecte de l'error de estimació en l'espai de paràmetres. Com a exemples d'aplicació de la metodologia proposada es presenta l'IR, amb dades reals, dels paràmetres de tres models no lineals: un sistema tèrmic, un model que reflecteix el bloqueig que produeix un determinat fàrmac sobre els corrents iònics d'una cèl·lula cardíaca i el model climàtic d'un hivernacle (temperatura i humitat) amb cultiu hidropònic de roses. / Herrero Durá, JM. (2006). Identificación Robusta de Sistemas no Lineales mediante Algoritmos Evolutivos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/131396

[ES] Las normativas cada vez más restrictivas sobre las emisiones contaminantes de los vehículos de motor impuestas por la Unión Europea han obligado a los fabricantes de equipos originales (OEM) a proporcionar a los centros de investigación herramientas e instalaciones que pueden reproducir de forma precisa y repetida diferentes condiciones atmosféricas durante las primeras etapas del desarrollo del motor. En la actualidad la legislación europea incluye pruebas de emisiones reales en conducción (RDE) en diferentes condiciones atmosféricas, con altitudes de hasta 1300 metros sobre el nivel del mar y temperaturas que alcanzan los -7 ºC. Esto se ha hecho típicamente utilizando cámaras climáticas y altimétricas que permiten la reproducción de las condiciones atmosféricas en toda la celda de prueba, y más recientemente conectando a motor simuladores de altitud acoplados con unidades de tratamiento de aire (AHU). En esta Tesis Doctoral, se presenta la mejora del simulador de altitud comercializado por la empresa HORIBA denominado MEDAS, utilizando procedimientos tanto inductivos como deductivos, con el objetivo de ampliar el rango de prestaciones de la instalación, así como mejorar la precisión del control de la presión del aire comburente y reducir el consumo energético global. Además, durante esta fase, se lleva a cabo el desarrollo de un modelo 1D del simulador de altitud, con el que es posible obtener resultados precisos sobre el desempeño de la instalación para diferentes condiciones de contorno, como puede ser el punto operativo del motor, la presión de la sala o la temperatura del agua de refrigeración. A continuación, se han desarrollado dos nuevos equipos: el Módulo de Temperatura del MEDAS (MTM) y el Módulo de Humedad del MEDAS (MHM); mejorando las estrategias de control y algunos componentes clave (por ejemplo, la columna de agua de burbujas) para controlar con precisión la temperatura y la humedad del aire de combustión. Estos dos junto con el MEDAS crean un simulador de atmósfera completo, que permite el control independiente de las tres variables psicrométricas del aire de combustión del motor: presión, temperatura y humedad. Por último, el simulador de atmósfera desarrollado se utiliza para estudiar el efecto que las tres variables psicométricas del aire ambiente tienen sobre el rendimiento y las emisiones contaminantes de un motor Diesel Euro 6 turboalimentado, demostrando el gran efecto que tiene la humedad ambiental sobre las emisiones contaminantes de los motores Diesel y la necesidad de considerar este parámetro en las estrategias de calibración. Algunos resultados obtenidos podrían ser la reducción de potencia que el motor sufre al operar en condiciones de altitud, los cambios que la temperatura ambiente causa en el punto de operación del turbo grupo o como las emisiones de NOx se reducen cuando la humedad ambiente aumenta. / [CA] Les normatives cada vegada més restrictives sobre les emissions contaminants dels vehicles de motor imposades per la Unió Europea han obligat als fabricants d'equips originals (OEM) a proporcionar als centres d'investigació eines i instal·lacions que poden reproduir de manera precisa i repetida diferents condicions atmosfèriques durant les primeres etapes del desenvolupament del motor. En l'actualitat la legislació europea inclou proves d'emissions reals en conducció (RDE) en diferents condicions atmosfèriques, amb altituds de fins a 1300 metres sobre el nivell de la mar i temperatures que aconsegueixen els -7 °C. Això s'ha fet típicament utilitzant cambres climàtiques i altimètriques que permeten la reproducció de les condicions atmosfèriques en tota la cel·la de prova, i més recentment connectant a motor simuladors d'altitud acoblats amb unitats de tractament d'aire (AHU). En aquesta Tesi Doctoral, es presenta la millora del simulador d'altitud comercialitzat per l'empresa HORIBA denominat MEDAS, utilitzant procediments tant inductius com deductius, amb l'objectiu d'ampliar el rang de prestacions de la instal·lació així com millorar la precisió del control de pressió de l'aire de combustió i reduir el consum energètic global. A més, durant aquesta fase, es du a terme el desenvolupament d'un model 1D del simulador d'altitud, amb el qual és possible obtindre resultats precisos sobre l'acompliment de la instal·lació per a diferents condicions de contorn, com pot ser el punt d'operació del motor, l'altitud d'instal·lació o la temperatura de l'aigua de refrigeració. A continuació, s'han desenvolupat dos nous equips: el Mòdul de Temperatura del MEDAS (MTM) i el Mòdul d'Humitat del MEDAS (MHM); millorant les estratègies de control i alguns components clau (per exemple, la columna d'aigua de bambolles) per a controlar amb precisió la temperatura i la humitat de l'aire de combustió. Aquests dos juntament amb el MEDAS creen un simulador d'atmosfera complet, que permet el control independent de les tres variables psicromètriques de l'aire de combustió del motor: pressió, temperatura i humitat. Finalment, el simulador d'atmosfera desenvolupat s'utilitza per a estudiar l'efecte que les tres variables psicomètriques de l'aire ambient tenen sobre el rendiment i les emissions contaminants d'un motor Dièsel Euro 6 *turboalimentado, demostrant el gran efecte que té la humitat ambiental sobre les emissions contaminants dels motors Dièsel i la necessitat de considerar aquest paràmetre en les estratègies de calibratge. Alguns resultats obtinguts podrien ser la reducció de potència que el motor pateix en operar en condicions d'altitud, els canvis que la temperatura ambient causa en el punt d'operació del turbo grup o com les emissions de NOx es redueixen quan la humitat ambiente augmenta. / [EN] Increasingly restrictive regulations on pollutant emissions for motor vehicles imposed by the European Union have forced original equipment manufacturers (OEMs) to provide research centers with tools and facilities that can accurately and repeatedly reproduce different atmospheric conditions during the early stages of engine development. Nowadays, the European legislation includes real driving emissions (RDE) tests at different atmospheric conditions, with altitudes up to 1300 meters above sea level and temperatures reaching -7 ºC. This has been done typically using altimetric and climatic chambers, which allow the reproduction of the atmospheric conditions in the whole test cell. More recently, connecting to the engine altitude simulators coupled with air handling units (AHU). In this Ph.D. Thesis, the improvement of the altitude simulator commercialized by the company HORIBA called MEDAS, carried out by inductive and deductive procedures, is presented to extend the installation's performance range, improve the combustion air pressure control accuracy, and reduce the installation global energy consumption. Furthermore, during this phase, the development of a 1D model of the altitude simulator is carried out, with which it is possible to obtain accurate results about the performance of the installation for different boundary conditions such as the engine operation point, the room pressure, or the cooling water temperature. Following, two new pieces of equipment have been developed: MEDAS Temperature Module (MTM) and MEDAS Humidity Module (MHM), improving the control strategies and some key components (i.e., the bubbles water-column) to increase the accuracy of the combustion air temperature and humidity control. Together with the MEDAS, these two create a complete atmosphere simulator, which allows the independent control of the three psychrometric variables of the engine combustion air: pressure, temperature, and humidity. Lastly, the atmosphere simulator developed is used to study the effect that the three psychometric variables of the ambient air have on the performance and the pollutant emissions of a Euro 6 turbocharged diesel engine, proving the significant effect that the ambient humidity has on the diesel engines pollutant emissions and the necessity of considering this parameter in the calibration strategies. Some results could be the reduction in power that the engine suffers when operating in altitude conditions, the changes that the ambient temperature causes at the turbocharger operative point, or the decrease in NOx emissions that happen when the ambient humidity increases. / Tabet Aleixandre, R. (2022). Development of an Installation to Emulate Altitude, Ambient Temperature, and Ambient Humidity on Thermal Engines. Application to the Study of the Impact over E6 Engine Performance [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/183753 / TESIS

[ES] La regulación de los niveles de glucosa en el cuerpo humano es el resultado de la secreción coordinada de hormonas. La Diabetes Tipo 1 (DT1) es una enfermedad crónica que provoca la destrucción de las células responsables de la producción de insulina, uno de los principales agentes en la regulación de glucosa. Por tanto, las personas con DT1 dependen de la administración exógena de insulina. No obstante, la gestión de la terapia no es sencilla y está sujeta a una gran variabilidad. Los sistemas de Páncreas Artificial se diseñaron con el objetivo de simplificar la gestión de la enfermedad, administrando insulina de manera automática a través de una bomba de insulina, en base a la lógica de un algoritmo de control que emplea información de un monitor continuo de glucosa. Sin embargo, la acción de la insulina es unidireccional (disminuye el valor de la glucosa), y a veces resulta insuficiente para mantener unos niveles seguros de glucosa en sangre. Por eso, en ocasiones se administran otras hormonas, con efectos opuestos (como el glucagón), o complementarios (como la pramlintida) a la insulina. Para que los sistemas automáticos se beneficien de estas acciones de control, es necesario estudiar y conocer sus dinámicas para poder simular su comportamiento, diseñar controladores que los tengan en cuenta y realizar experimentos in silico previos a utilizar los sistemas en pacientes. El uso del glucagón ya cuenta con una larga trayectoria y ha sido utilizado en varios sistemas automáticos. Sin embargo, existe mucha heterogeneidad en las formulaciones de modelos del efecto del glucagón, sobre todo en relación con su interacción con la insulina, y es necesario profundizar en el desarrollo de modelos que reflejen mejor la fisiología subyacente. Por otra parte, los modelos de pramlintida apenas se han estudiado. El objetivo principal de esta tesis es contribuir a mejorar simuladores para validar sistemas de páncreas artificial. En concreto, se realiza un análisis detallado del estado del arte para conocer las propuestas de modelos fisiológicos en la literatura, para luego centrarse en la descripción del efecto de glucagón en la producción endógena de glucosa y la farmacocinética y farmacodinámica de la pramlintida. El trabajo incluye la propuesta de nuevos modelos para glucagón y pramlintida basados en la fisiología, validados con datos clínicos individuales en el caso del glucagón y con datos poblacionales de la literatura en el caso de la pramlintida, mejorando en ambos casos los resultados previamente existentes. / [CA] La regulació dels nivells de glucosa en el cos humà és el resultat de la secreció coordinada d'hormones. La Diabetis Tipus 1 (DT1) és una malaltia crònica que provoca la destrucció de les cèl·lules responsables de la producció d'insulina, un dels principals agents en la regulació de glucosa. Per tant, les persones amb DT1 depenen de l'administració exògena d'insulina. No obstant això, la gestió de la teràpia no és senzilla i està subjecta a una gran variabilitat. Els sistemes de Pàncrees Artificial es van dissenyar amb l'objectiu de simplificar la gestió de la malaltia, administrant insulina de manera automàtica a través d'una bomba d'insulina, en funció de la lògica d'un algorisme de control que empra informació d'un monitor continu de glucosa. No obstant això, l'acció de la insulina és unidireccional (disminueix el valor de la glucosa), i de vegades resulta insuficient per a mantindre uns nivells segurs de glucosa en sang. Per això, ocasionalment s'administren altres hormones, amb efectes oposats (com el glucagó), o complementaris (com la pramlintida) a la insulina. Perquè els sistemes automàtics es beneficien d'aquestes accions de control, és necessari estudiar i conéixer les seues dinàmiques per a poder simular el seu comportament, dissenyar controladors que els tinguen en compte i realitzar experiments in silico previs a utilitzar els sistemes en pacients. L'ús del glucagó ja compta amb una llarga trajectòria i ha sigut utilitzat en diversos sistemes automàtics. No obstant això, existeix molta heterogeneïtat en les formulacions de models de l'efecte del glucagó, sobretot en relació amb la seua interacció amb la insulina, i és necessari aprofundir en el desenvolupament de models que reflectisquen millor la fisiologia subjacent. D'altra banda, els models de pramlintida a penes s'han estudiat. L'objectiu principal d'aquesta tesi és contribuir a millorar simuladors per a validar sistemes de pàncrees artificial. En concret, es fa una anàlisi detallada de l'estat de l'art per a conéixer les propostes de models fisiològics en la literatura, per a després centrar-se en la descripció de l'efecte de glucagó en la producció endògena de glucosa i la farmacocinètica i farmacodinàmica de la pramlintida. El treball inclou la proposta de nous models per a glucagó i pramlintida basats en la fisiologia, validats amb dades clíniques individuals en el cas del glucagó i amb dades poblacionals de la literatura en el cas de la pramlintida, millorant en tots dos casos els resultats prèviament existents. / [EN] Glucose regulation in the human body results from the coordinated secretion of hormones. Type 1 Diabetes (T1D) is a chronic disease that destroys insulin-producing cells, one of the main agents in the glucose regulation process. Consequently, people with T1D depend on exogenous insulin administration. However, therapy management is not an easy task, and it faces great variability. Artificial Pancreas systems were designed to ease the disease management, administering insulin automatically through an insulin pump based on the logic of a control algorithm that reads information from a continuous glucose monitor. Nevertheless, insulin action is uni-directional (lowering glucose values), and sometimes, it is insufficient to maintain safe plasma glucose levels. That is why, occasionally, other hormones are also administered, with opposite (like glucagon) or complementary effects (like pramlintide) to insulin. For automatic systems to benefit from these control actions, it is necessary to study and know their dynamics to simulate their behavior, design aware controllers, and carry out in silico experiments before using the system with patients. Glucagon use in T1D has a long trajectory; and has been used in automatic systems. However, there exists a wide heterogeneity in the definitions of glucagon effect, especially related to its interaction with insulin, and it is necessary to develop models that are more physiologically accurate. On the other hand, pramlintide models have barely been studied. This thesis' main objective is to improve T1D simulators to validate artificial pancreas systems. Specifically, a detailed analysis of the state of the art is carried out to know the physiological model proposals in the literature. Then, the focus moves to describing the glucagon effect on endogenous glucose production and the pharmacokinetics and pharmacodynamics of pramlintide. This work includes the proposal of new physiology-based models for glucagon and pramlintide. The glucagon model was validated with individual clinical data, and the pramlintide model was validated with populational data. Both proposals improved previously existing results. / This work was supported by grant FPU17/03404, grant EST19/00740, and project PID2019-107722RB-C21, funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033. / Furió Novejarque, C. (2024). Contributions to Glucagon and Pramlintide Pharmacokinetics and Pharmacodynamics Modeling for Multi-Hormone Artificial Pancreas Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202872

As part of the transition towards a fully sustainable energy system, green hydrogen shows great potential to decarbonise several hard-to-abate sectors. To provide the fossil-free electricity required for electrolysis, offshore wind power has emerged as a suggested option. In this report, four scenarios using different electrolyser placements and technologies are compared and applied in a 30-year case study considering a 1 GW offshore wind farm in the Baltic Sea. The scenarios are evaluated through the optimisation of electrolyser capacities, full system modelling and simulation, a techno-economic assessment, as well as a literature review of technological readiness, safety aspects and operational considerations. It is shown that a range of installed capacities offers only slight differences in levelised costs and that the optimal sizes to a large part depend on future electrolyser cost developments. A 1:1 sizing ratio between electrolyser capacity and maximum available power is not suggested for any of the studied configurations. Further, the simulations indicate that electrolyser inefficiencies constitute 63.2–68.5% of the total energy losses. Power transmission losses are relatively small due to the short transmission distance, while the power demands of several subsystems are nearly insignificant. Onshore H2 production using an alkaline electrolyser system is highlighted, offering the highest system efficiency and largest hydrogen production, at 55.93% and 2.23 Mton, respectively. This setup is further shown to be the most cost-efficient, offering a levelised cost of hydrogen at 3.15 €/kgH2. However, obstacles in the form of social and environmental concerns and regulations are seemingly larger compared to the scenarios using offshore electrolysis. Further, rapid future cost developments for electrolysers are likely to strengthen the case for offshore and PEM electrolyser configurations. A range of research opportunities are highlighted to fill the identified knowledge gaps and enable further insights. / Como parte de la transicion hacia un sistema energético totalmente sostenible, el hidrógeno verde muestra un gran potencial para descarbonizar varios sectores en los que es difíciles de conseguir. La energía eólica marina ha surgido como una opción para suministrar la electricidad libre de fósiles necesaria para la electrólisis. En este informe se comparan y aplican cuatro escenarios que utilizan diferentes ubicaciones y tecnologías de electrolizadores en un estudio de caso a 30 aoñs que considera un parque eólico marino de 1 GW en el Mar Báltico. Los escenarios se evalúan mediante una optimización de la capacidad de los electrolizadores, la modelización y simulación de todo el sistema, una revisión bibliográfica de la disponibilidad tecnológica, teniendo en cuenta los aspectos de seguridad y las consideraciones operativas. Se demuestra que una gama de capacidades instaladas ofrece sólo ligeras diferencias en los costes nivelados y que los tamaños óptimos dependen en gran medida de la evolución futura de los costes de los electrolizadores. No se recomienda una relación de tamaño de 1:1 entre entre la capacidad del electrolizador y la potencia máxima disponible. Además, las simulaciones indican que las ineficiencias del electrolizador constituyen entre el 63,2% y el 68,5% de las pérdidas totales de energía. Las pérdidas de transmisión de energía son relativamente pequeñas debido a la corta distancia de transmisión, mientras que las demandas de energía de varios subsistemas son casi insignificantes. Destaca la producción de H2 en tierra utilizando un sistema de electrolizador alcalino, que ofrece la mayor eficiencia del sistema y la mayor producción de hidrógeno, con un 55,93% y 2,23 Mton respectivamente. Además, este sistema es el más rentable, con un coste nivelado del hidrógeno de 3,15 €/kgH2. Sin embargo, los obstáculos sociales, medioambientales y normativos parecen ser mayores que en el caso de la electrólisis en alta mar. Además, es probable que la rápida evolución de los costes de los electrolizadores refuerce las configuraciones de electrolizadores marinos y PEM. Se destacan en el documento una serie de oportunidades de investigación con el fin de completar el estado del arte identificado.

As part of the transition towards a fully sustainable energy system, green hydrogen shows great potential to decarbonise several hard-to-abate sectors. To provide the fossil-free electricity required for electrolysis, offshore wind power has emerged as a suggested option. In this report, four scenarios using different electrolyser placements and technologies are compared and applied in a 30-year case study considering a 1 GW offshore wind farm in the Baltic Sea. The scenarios are evaluated through the optimisation of electrolyser capacities, full system modelling and simulation, a techno-economic assessment, as well as a literature review of technological readiness, safety aspects and operational considerations. It is shown that a range of installed capacities offers only slight differences in levelised costs and that the optimal sizes to a large part depend on future electrolyser cost developments. A 1:1 sizing ratio between electrolyser capacity and maximum available power is not suggested for any of the studied configurations. Further, the simulations indicate that electrolyser inefficiencies constitute 63.2–68.5% of the total energylosses. Power transmission losses are relatively small due to the short transmission distance, while the power demands of several subsystems are nearly insignificant. Onshore H2 production using an alkaline electrolyser system is highlighted, offering the highest system efficiency and largest hydrogen production, at 55.93% and 2.23 Mton, respectively. This setup is further shown to be the most cost-efficient, offering a levelised cost of hydrogen at 3.15 €/kgH2. However, obstacles in the form of social and environmental concerns and regulations are seemingly larger compared to the scenarios using offshore electrolysis. Further, rapid future cost developments for electrolysers are likely to strengthen the case for offshore and PEM electrolyser configurations. A range of research opportunities are highlighted to fill the identified knowledge gaps and enable further insights. / Como parte de la transición hacia un sistema energético totalmente sostenible, el hidrógeno verde muestra un gran potencial para descarbonizar varios sectores en los que es difíciles de conseguir. La energía eólica marina ha surgido como una opción para suministrar la electricidad libre de fósiles necesaria para la electrólisis. En este informe se comparan y aplican cuatro escenarios que utilizan diferentes ubicaciones y tecnologías de electrolizadores en un estudio de caso a 30 años que considera un parque eólico marino de 1 GW en el Mar Báltico. Los escenarios se evalúan mediante una optimización de la capacidad de los electrolizadores, la modelización y simulación de todo el sistema, una revisión bibliográfica de la disponibilidad tecnológica, teniendo en cuenta los aspectos de seguridad y las consideraciones operativas. Se demuestra que una gama de capacidades instaladas ofrece sólo ligeras diferencias en los costes nivelados y que los tamaños óptimos dependen en gran medida de la evolución futura de los costes de los electrolizadores. No se recomienda una relación de tamaño de 1:1 entre entre la capacidad del electrolizador y la potencia máxima disponible. Además, las simulaciones indican que las ineficiencias del electrolizador constituyen entre el 63,2% y el 68,5% de las pérdidas totales de energía. Las pérdidas de transmisión de energía son relativamente pequeñas debido a la corta distancia de transmisión, mientras que las demandas de energía de varios subsistemas son casi insignificantes. Destaca la producción de H2 en tierra utilizando un sistema de electrolizador alcalino, que ofrece la mayor eficiencia del sistema y la mayor producción de hidrógeno, con un 55,93% y 2,23 Mton respectivamente. Además, este sistema es el más rentable, con un coste nivelado del hidrógeno de 3,15 €/kgH2. Sin embargo, los obstáculos sociales, medioambientales y normativos parecen ser mayores que en el caso de la electrólisis en alta mar. Además, es probable que la rápida evolución de los costes de los electrolizadores refuerce las configuraciones de electrolizadores marinos y PEM. Se destacan en el documento una serie de oportunidades de investigacin ócon el fin de completar el estado del arte identificado.

[ES] Las ontologías son artefactos computacionales con una amplia gama de aplicaciones. Estos artefactos representan el conocimiento con la mayor precisión posible y brindan a los humanos un marco para representar y aclarar el conocimiento. Además, las ontologías se pueden implementar y procesar agregando semántica a los datos que deben intercambiarse entre sistemas. En los sistemas, los datos transportan información y deben seguir los Principios FAIR para cumplir su propósito. Sin embargo, los dominios del conocimiento pueden ser vastos, complejos y sensibles, lo que hace que la interoperabilidad sea un desafío. Además, el diseño y desarrollo de ontologías no es una tarea sencilla, y debe seguir metodologías y estándares, además de cumplir una serie de requisitos. De hecho, las ontologías se han utilizado para producir FAIRness de datos debido a sus características, aplicaciones y competencias semánticas. Con la creciente necesidad de interoperar datos surgió la necesidad de interoperar ontologías para garantizar la correcta transmisión e intercambio de información. Para satisfacer esta demanda de ontologías interoperativas y, al mismo tiempo, conceptualizar dominios amplios y complejos, surgieron las Redes de Ontologías. Además, las ontologías comenzaron a presentar conceptualizaciones a través de la fragmentación del conocimiento de diferentes maneras, dependiendo de requisitos como el alcance de la ontología, su propósito, si es procesable o para uso humano, su contexto, entre otros aspectos formales, haciendo que la Ingeniería Ontológica sea también un dominio complejo. El problema es que en el Proceso de Ingeniería de Ontologías, las personas responsables toman diferentes perspectivas sobre las conceptualizaciones, provocando que las ontologías tengan sesgos a veces más ontológicos y otras más relacionados con el dominio. Estos problemas dan como resultado ontologías que carecen de fundamento o bien implementaciones de ontologías sin un modelo de referencia previo. Proponemos una (meta)ontología basada en la Ontología Fundacional Unicada (UFO, del inglés, Unified Foundational Ontology) y respaldada por estándares de clasificación ontológica reconocidos, guías y principios FAIR para resolver este problema de falta de consenso en las conceptualizaciones. La Ontología para el Análisis Ontológico (O4OA, del inglés, Ontology for Ontological Analysis) considera perspectivas, conocimientos, características y compromisos, que son necesarios para que la ontología y el dominio faciliten el proceso de Análisis Ontológico, incluyendo el análisis de las ontologías que conforman una red de ontologías. Utilizando O4OA, proponemos el Marco para la Caracterización Ontológica (F4OC, del inglés, Framework for Ontology Characterization) para proporcionar pautas y mejores prácticas a los responsables, a la luz de O4OA. F4OC proporciona un entorno estable y homogéneo para facilitar el análisis ontológico, abordando simultáneamente las perspectivas ontológicas y de dominio de los involucrados. Además, aplicamos O4OA y F4OC a varios estudios de casos en el Dominio de Ciberseguridad, el cual es complejo, extremadamente regulado y sensible, y propenso a dañar a personas y organizaciones. El principal objetivo de esta tesis doctoral es proporcionar un entorno sistemático y reproducible para ingenieros en ontologías y expertos en dominios, responsables de garantizar ontologías desarrolladas de acuerdo con los Principios FAIR. Aspiramos a que O4OA y F4OC sean contribuciones valiosas para la comunidad de modelado conceptual, así como resultados adicionales para la comunidad de ciberseguridad a través del análisis ontológico de nuestros estudios de caso. / [CA] Les ontologies són artefactes computacionals amb una àmplia gamma d'aplicacions. Aquests artefactes representen el coneixement amb la major precisió possible i brinden als humans un marc per a representar i aclarir el coneixement. A més, les ontologies es poden implementar i processar agregant semàntica a les dades que han d'intercanviar-se entre sistemes. En els sistemes, les dades transporten informació i han de seguir els Principis FAIR per a complir el seu propòsit. No obstant això, els dominis del coneixement poden ser vastos, complexos i sensibles, la qual cosa fa que la interoperabilitat siga un desafiament. A més, el disseny i desenvolupament d'ontologies no és una tasca senzilla, i ha de seguir metodologies i estàndards, a més de complir una sèrie de requisits. De fet, les ontologies s'han utilitzat per a produir FAIRness de dades a causa de les seues característiques, aplicacions i competències semàntiques. Amb la creixent necessitat de inter operar dades va sorgir la necessitat de inter operar ontologies per a garantir la correcta transmissió i intercanvi d'informació. Per a satisfer aquesta demanda d'ontologies inter operatives i, al mateix temps, conceptualitzar dominis amplis i complexos, van sorgir Xarxes d'Ontologies. A més, les ontologies van començar a presentar conceptualitzacions a través de la fragmentació del coneixement de diferents maneres, depenent de requisits com l'abast de l'ontologia, el seu propòsit, si és procesable o per a ús humà, el seu context i diversos altres aspectes formals, fent que el Enginyeria Ontològica també és un domini complex. El problema és que en Procés d'Enginyeria d'Ontologies, les persones responsables prenen diferents perspectives sobre les conceptualitzacions, provocant que les ontologies tinguen biaixos a vegades més ontològics i altres més relacionats amb el domini. Aquests problemes donen com a resultat ontologies que manquen de fonament i implementacions d'ontologies sense un model de referència previ. Proposem una (meta)ontologia basada en la Ontologia Fundacional Unificada (UFO, de le inglés, Unified Foundational Ontology) i recolzada per coneguts estàndard de classificació ontològica, guies i principis FAIR per a resoldre aquest problema de falta de consens en les conceptualitzacions. La Ontologia per a l'Anàlisi Ontològica (O4OA, de le inglés, Ontology for Ontological Analysis) considera perspectives, coneixements, característiques i compromisos, que són necessaris perquè l'ontologia i el domini faciliten el procés de Anàlisi Ontològica, incloent-hi l'anàlisi de les ontologies que conformen una xarxa d'ontologies. Utilitzant O4OA, proposem el Marco per a la Caracterització Ontològica (F4OC, de le inglés, Framework for Ontology Characterization) per a proporcionar pautes i millors pràctiques als responsables, a la llum d'O4OA. F4OC proporciona un entorn estable i homogeni per a facilitar l'anàlisi ontològica, abordant simultàniament les perspectives ontològiques i de domini dels involucrades. A més, apliquem O4OA i F4OC a diversos estudis de casos en el Domini de Seguretat Cibernètica, que és complex, extremadament regulat i sensible, i propens a danyar a persones i organitzacions. L'objectiu principal d'aquesta tesi és proporcionar un entorn sistemàtic, reproduïble i escalable per a engineers en ontologies i experts in dominis encarregats de garantir les ontologies desenvolupades d'acord amb els Principis FAIR. Aspirem a fer que O4OA i F4OC aportin valuoses contribucions a la comunitat de modelització conceptual, així com resultats addicionals per a la comunitat de ciberseguretat mitjançant l'anàlisi ontològica dels nostres estudis de cas. / [EN] Ontologies are computational artifacts with a wide range of applications. They represent knowledge as accurately as possible and provide humans with a framework for knowledge representation and clarification. Additionally, ontologies can be implemented and processed by adding semantics to data that needs to be exchanged between systems. In systems, data is the carrier of information and needs to comply with the FAIR Principles to fulfill its purpose. However, knowledge domains can be vast, complex, and sensitive, making interoperability challenging. Moreover, ontology design and development are not easy tasks; they must follow methodologies and standards and comply with a set of requirements. Indeed, ontologies have been used to provide data FAIRness due to their characteristics, applications, and semantic competencies. With the growing need to interoperate data came the need to interoperate ontologies to guarantee the correct transmission and exchange of information. To meet the need to interoperate ontologies and at the same time conceptualize complex and vast domains, Ontology Networks emerged. Moreover, ontologies began to carry out conceptualizations, fragmenting knowledge in different ways depending on requirements, such as the ontology scope, purpose, whether it is processable or for human use, its context, and several other formal aspects, making Ontology Engineering also a complex domain. The problem is that in the Ontology Engineering Process, stakeholders take different perspectives of the conceptualizations, and this causes ontologies to have biases that are sometimes more ontological and sometimes more related to the domain. These problems result in ontologies that lack grounding and ontology implementations without a previous reference model. We propose a (meta)ontology grounded over the Unified Foundational Ontology (UFO) and supported by well-known ontological classification standards, guides, and FAIR Principles to address this problem of lack of consensual conceptualization. The Ontology for Ontological Analysis (O4OA) considers ontological-related and domain-related perspectives, knowledge, characteristics, and commitment that are needed to facilitate the process of Ontological Analysis, including the analysis of ontologies composing an ontology network. Using O4OA we propose the Framework for Ontology Characterization (F4OC) to provide guidelines and best practices in the light of O4OA for stakeholders. The F4OC fosters a stable and uniform environment for ontological analysis, integrating stakeholder perspectives. Moreover, we applied O4OA and F4OC to several case studies in the Cybersecurity Domain, which is intricate, highly regulated, and sensitive to causing harm to people and organizations. The main objective of this doctoral thesis is to provide a systematic and reproducible environment for ontology engineers and domain specialists responsible for ensuring ontologies developed according to the FAIR Principles. We aspire that O4OA and F4OC be valuable contributions to the conceptual modeling community as well as the additional outcomes for the cybersecurity community through the ontological analysis in our case studies. / Franco Martins Souza, B. (2024). A Framework for Conceptual Characterization of Ontologies and its Application in the Cybersecurity Domain [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/204584

[ES] Las pilas de combustibles son dispositivos de un coste elevado y frágiles ante ambientes contaminados o condiciones inadecuadas de operación como: temperaturas extremas o mala gestión del agua producida como residuo de la pila. Para mejorar la fiabilidad de una pila de combustible es necesario diagnosticar de una manera oportuna los fallos y así evitar daños que reduzcan el desempeño del módulo o que lo inhabiliten. Este trabajo busca contribuir al mejoramiento de la fiabilidad de las pilas de combustible de baja temperatura y de esta forma favorecer el uso de hidrógeno en la transición a una energía descarbonizada. Para lograrlo, se realizaron tres actividades principales: modelado de una pila de hidrógeno, ajuste paramétrico del modelo desarrollado y, por último, aplicación de técnicas de diagnóstico de fallos basados en modelos. En el laboratorio de Recursos Energéticos Renovables Distribuidos LabDER de la Universitat Politècnica de València, se estudia el desempeño de sistemas híbridos renovables, incluyendo una línea de hidrógeno, desde la producción, almacenamiento y reconversión en electricidad en una pila de combustible, por tanto, se ha podido validar el modelo. En un primer momento se identificó la necesidad de un modelo que emplee la temperatura como señal de salida y que retroalimente el sistema, y que tuviese en cuenta señales propias del módulo comercial; sin embargo, el uso de la temperatura como señal y la no linealidad de las ecuaciones físicas, químicas, eléctricas y empleadas, generan un modelo altamente complejo. El ajuste paramétrico del modelo se realizó empleando algoritmos de optimización. Tomando como base al algoritmo de Enjambre de Partículas, se desarrolló una nueva propuesta llamada Scout GA, este algoritmo fue utilizado en otras aplicaciones y pruebas de convergencia para verificar su desempeño frente al fenómeno de estancamiento prematuro y logrando mejorar la precisión y velocidad de convergencia de otras propuestas. Como resultado de la validación de este modelo, en una primera simulación usando datos reales de funcionamiento correspondientes a 1500 segundos, el error de simulación fue del 2,21% en la señal de tensión y del 1,97% en la señal de temperatura, obteniendo un error medio del 2,09%. En un segundo conjunto de datos de algo más de 2.500 segundos de funcionamiento, el error de simulación fue del 2,40% y del 1,96% para las señales de tensión y temperatura, respectivamente. Se estima que el error medio de simulación para ambas señales y condiciones de funcionamiento similares es inferior al 2,5%. Buscando mejorar la fiabilidad de la pila, se realizó el trabajo de diagnóstico de fallos, este partió de la simulación de fallos, mediante la modificación de algunas señales de entrada del modelo, los fallos se caracterizaron mediante el tratamiento estadístico de 12 residuos, obteniendo firmas de fallos, que, en su conjunto, formaron una matriz de fallos. Luego, un algoritmo de diagnóstico propuesto permitió identificar y aislar 14 fallos. permitiendo concluir que, el modelo predice eficazmente los fallos de las pilas PEMFC y podría extrapolarse a otras pilas de combustible. / [CA] Les piles de combustibles són dispositius d'un cost elevat i fràgils davant ambients contaminats o condicions inadequades d'operació com: temperatures extremes o dolenta gestió de l'aigua produïda com a residu de la pila. Per a millorar la fiabilitat d'una pila de combustible és necessari diagnosticar d'una manera oportuna les fallades i així evitar danys que reduïsquen l'acompliment del mòdul o que l'inhabiliten. Este treball busca contribuir al millorament de la fiabilitat de les piles de combustible de baixa temperatura i d'esta manera afavorir l'ús d'hidrogen en la transició a una energia *descarbonizada. Per a aconseguir-ho, es van realitzar tres activitats principals: modelatge d'una pila d'hidrogen, ajust paramètric del model desenvolupat i, finalment, aplicació de tècniques de diagnòstic de fallades basades en models. En el laboratori de Recursos Energètics Renovables Distribuïts *LabDER de la Universitat Politècnica de València, s'estudia l'acompliment de sistemes híbrids renovables, incloent-hi una línia d'hidrogen, des de la producció, emmagatzematge i reconversió en electricitat en una pila de combustible, per tant, s'ha pogut validar el model. En un primer moment es va identificar la necessitat d'un model que empre la temperatura com a senyal d'eixida i que retroalimente el sistema, i que tinguera en compte senyals propis del mòdul comercial, no obstant això, l'ús de la temperatura i la no linealitat de les equacions físiques, químiques, elèctriques i tèrmiques empleades, deriven en un model altament complex. L'ajust paramètric del model de pila de combustible es va realitzar emprant algorismes d'optimització. Prenent com a base a l'algorisme d'Eixam de Partícules, es va desenvolupar una nova proposta anomenada Scout GA, aquest algorisme va ser utilitzat en altres aplicacions i proves de convergència per a verificar el seu acompliment enfront del fenomen d'estancament prematur i aconseguint millorar la precisió i velocitat de convergència d'altres propostes. La simulació i identificació del model té un cost computacional entre 7 i 20 ms per iteració, on es van aconseguir errors de simulació menors al 2.5% Com a resultat de la validació d'aquest model, en una primera simulació usant dades reals de funcionament corresponents a 1500 segons, l'error de simulació va ser del 2,21% en el senyal de tensió, del 1,97% en el senyal de temperatura i un error mitjà del 2,09%. En un segon conjunt de dades d'una mica més de 2.500 segons de funcionament, l'error de simulació va ser del 2,40% i del 1,96% per als senyals de tensió i temperatura, respectivament. S'estima que l'error mitjà de simulació per a tots dos senyals i condicions de funcionament similars és inferior al 2,5%. Buscant millorar la fiabilitat de la pila, es va fer el treball de diagnòstic de fallades, aquest va partir de la simulació de fallades, mitjançant la modificació d'alguns senyals d'entrada del model, les fallades es van caracteritzar mitjançant el tractament estadístic de 12 residus, obtenint signatures de fallades, que en el seu conjunt, van formar una matriu de fallades. després un algorisme de diagnòstic proposat, va permetre identificar i aïllar 14 fallades. Permetent concloure que, el model prediu eficaçment les fallades de les piles PEMFC i podria extrapolar-se a altres piles de combustible. / [EN] Fuel cells are high-cost devices that are fragile in contaminated environments or in inadequate operating conditions, such as extreme temperatures or poor water management, produced as battery waste. To improve the reliability of a fuel cell, it is necessary to diagnose failures promptly and thus avoid damage that reduces the module's performance or disables it. This work seeks to contribute to improving the reliability of low-temperature fuel cells and thus promote the use of hydrogen in the transition to decarbonized energy. To achieve this, three main activities were carried out: modeling a hydrogen fuel cell, parametric adjustment of the developed model, and application of model-based fault diagnosis techniques. In the LabDER Distributed Renewable Energy Resources laboratory of the Polytechnic University of Valencia, the performance of renewable hybrid systems is studied, including a hydrogen line, from production, storage, and reconversion into electricity in a fuel cell, therefore, has been able to validate the model. Initially, a fuel cell model that uses temperature as an in/output signal is required. Also, the model must be able to use the reals signals supplied for the commercial module. However, using temperature and an equation set that includes the non-linearity of the physical, chemical, electrical, and thermal equations resulted in a highly complex model. The parametric adjustment of the fuel cell model was performed using optimization algorithms. Based on the Particle Swarm algorithm, a new proposal called Scout GA was developed. This algorithm was used in other applications and convergence tests to verify its performance against the premature stagnation phenomenon and improved the accuracy and speed of convergence of other proposals. The simulation and identification of the model have a computational cost between 7 and 20 ms per iteration, where simulation errors of less than 2.5% were achieved. As a result of the validation of this model, in a first simulation using real operating data corresponding to 1,500 seconds, the simulation error was 2.21% for the voltage signal, 1.97% for the temperature signal, and an average error of 2.09%. In a second data set for slightly more than 2500 seconds of operation, the simulation error was 2.40% and 1.96% for the voltage and temperature signals, respectively. The average simulation error for both signals and similar operating conditions is estimated to be less than 2.5%. To improve the reliability of the stack, the fault diagnosis work was carried out, starting from the simulation of faults by modifying some input signals of the model; the faults were characterized by the statistical treatment of 12 residuals, obtaining fault signatures, which formed a fault matrix. Then, a proposed diagnostic algorithm allowed to identify and isolate 14 faults. Allowing to conclude that the model effectively predicts the PEMFC stack faults and could be extrapolated to other fuel cells. / Ariza Chacón, HE. (2024). Contribuciones al modelado y diagnóstico de fallos en PEMFC para mejorar la fiabilidad en sistemas híbridos renovables [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203614