The current global scenario, in which an ever increasing population with an ever growing transportation needs is coupled with a reduction in the fossil fuel production and increasing human-made pollution derived problems, leads automotive engine manufacturers to constant struggles for fuel consumption and emission reductions while keeping engine performance. One-dimensional simulation codes have become a key tool towards these objectives, but require continued accuracy refinements. Phenomena that were previously thought of a limited importance and could be extremely easily modelled now require the development of new methods to be accounted for. Among these phenomena are the turbocharger mechanical losses and the turbine behaviour under highly pulsating boundary conditions. This work is focused on the improvement of current one-dimensional models, for both mechanical losses prediction and high frequency pulsating flow turbine performance. After reviewing the state-of-the-art in experimental measurement and fast simulation of automotive turbochargers, this work presents first a experimental study of several turbochargers working under both steady-state and unsteady operating conditions, focusing on the general performance of the turbine and the losses in the power transmission between it and the compressor, even including internal pressure measurements in one of the tested units. All the measurements are corrected due to heat transfer, getting the purely adiabatic behaviour. Furthermore, a CFD simulation campaign of a radial turbine has been performed, thus obtaining a detailed description of its internal behaviour under highly pulsating flow. In the light of both the experimental and CFD-simulated results, a quasi-steady mechanical losses and a quasi-bidimensional turbine model have been developed. Both models have been validated using all the experimental and simulated data, proving a prediction accuracy improvements from the results of previous methods. The mechanical losses model offers a clear advantage over the usual practice of using a constant mechanical efficiency value for correcting the manufacturer’s turbocharger map, whereas the turbine model has demonstrated potential for turbine map extrapolation and has improved the instantaneous results over classic onedimensional turbine volute models for frequencies higher than 1000 Hz. Both models have been developed trying to keep a reduced computational cost, ensuring to exploit the specific characteristics of the processors where they are going to be run. / García-Cuevas González, LM. (2014). Experiments and Modelling of Automotive Turbochargers under Unsteady Conditions [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48458 / TESIS

Ingeniero Civil Matemático / Este trabajo es una primera aproximación a la inclusión de costos asociados a la reducción de CO2 en el subproceso de descarga y mezcla de crudos. En este subproceso la cantidad de CO2 liberado a la atmósfera crece en función del volumen de crudo que se procesa en cada unidad de destilación. El modelo matemático del subproceso de descarga y mezcla de crudos expuesto en esta memoria corresponde a un problema no lineal mixto (PNLM), donde la no linealidad proviene de restricciones asociadas a la composición de la mezcla de los crudos en los estanques. Desde un punto de vista matemático el modelo presentado contiene considerables simetrías, lo que se traduce en grandes tiempos de ejecución. Lo anterior fue abordado introduciendo restricciones en la formulación para reducir el espacio de búsqueda. En este aspecto la técnica más interesante y de mejores resultados proviene del modelamiento del orden de las operaciones de una refinería como una palabra perteneciente a un lenguaje regular. Existen tecnologías capaces de capturar alguna fracción del CO2 liberado, pero el uso de éstas se traduce en costos económicos para la refinería. Se tiene como primera novedad una modificación del modelo anterior para que este incluya los costos asociados a la reducción de CO2. Naturalmente existe un tradeoff entre las emisiones capturadas y las ganancias de la refinería. Esta memoria propone una manera de cuantificar este tradeoff. Para lo anterior se desarrolla un modelo multiperiodo del proceso de descarga y mezcla de crudos, el cual considera a la vez las ganancias de la refinería y las emisiones de CO2. Utilizando el concepto de pareto eficiencia se plantea un esquema numérico para encontrar las mejores decisiones de calendarización.

Esta tesis doctoral se encuentra desarrollada en los ámbitos de materiales, ensayos no destructivos y procesado de señal. Su propósito es aportar nuevas técnicas no destructivas centrándose tanto en su desarrollo como en su aplicación a sistemas reales. La evaluación de durabilidad y daño en materiales no homogéneos es el eje central de este documento, articulándolo en dos capítulos fundamentales. En primera instancia se evalúa el comportamiento del cemento reforzado con fibra de vidrio bajo esfuerzo de flexión. Múltiples señales ultrasónicas fueron adquiridas en todo el proceso de deformación de los elementos implementando una nueva técnica de adquisición multifrecuencia. En la fase posterior a la adquisición se determinaron parámetros lineales y no lineales de las señales ultrasónicas pulsadas correlacionando dichos parámetros con las curvas tensión - deformación descritas por los elementos ensayados. En el último bloque se expone el análisis de espectroscopía por impacto sobre probetas de mortero dañadas química y térmicamente. Se profundizó sobre el comportamiento dinámico no-lineal e histéretico de los elementos de mortero. El análisis del ablandamiento del módulo dinámico con el incremento de la amplitud de excitación es un tema de gran interés para la evaluación de daño, siendo la técnica actual dependiente de la adquisición de múltiples señales. En este contexto, se propone nueva técnica de procesado de señal capaz de extraer parámetros de esta naturaleza a partir de una única señal. / Aquesta tesi doctoral està desenvolupada als àmbits de materials, assajos no destructius i processament de senyals. El seu propòsit és aportar noves tècniques no destructives, centrades tant en el seu desenvolupament com en la seua aplicació a sistemes reals. L'avaluació de durabilitat i dany en materials no homogenis és l'eix central d'aquest document, format per dos capítols fonamentals. En primer lloc s'avalua el comportament del ciment reforçat amb fibra de vidre sotmès a esforç de flexió. Diverses senyals ultrasòniques van ser adquirides durant tot el procés de deformació dels elements que implementa una nova tècnica d'adquisició multifreqüència. En la fase posterior a l'adquisició es van determinar paràmetres lineals i no lineals de les senyals ultrasòniques polsades que correlacionen aquests paràmetres amb les corbes de tensió-deformació descrites pels elements assajats. Al tercer bloc s'exposa l'anàlisi d'espectroscòpia per impacte en provetes de morter malmeses químicament i tèrmicament. Es va aprofundir en el comportament dinàmic no lineal i histerètic dels elements de morter. L'anàlisi de l'estovament del mòdul dinàmic amb l'increment de l'amplitud de l'excitació és un aspecte molt interessant per a l'avaluació de dany, tècnica que actualment depèn de l'adquisició de diverses senyals. En aquest context, es proposa una nova tècnica de processament de senyal capaç d'extraure paràmetres d'aquesta natura a partir d'una única senyal. / This doctoral thesis is developed in materials, Non-Destructive Testing (NDT) and signal processing fields. Its purpose is to make a contribution in new non destructive techniques focusing in its development and application to real systems. Durability and damage evaluation in non-homogeneous materials is the keystone of this document, assembling the structure in two main chapters. In the first instance the behaviour of Glass-fiber Reinforced Cement under bending test is evaluated. Multiple ultrasonic signals during the deformation process of the specimens were acquired, implementing a new multi-frequency acquisition technique. After the acquisition stage, linear and non-linear parameters were calculated from the pulsed ultrasonic signals correlating those parameters with the stress strain curve described during the test. In the third chapter, the impact spectroscopy analysis applied to chemical and thermal damaged mortar samples is exposed. The non-linear histeretic behaviour of the mortar specimens was studied more in depth. The analysis of the dynamic modulus softening with increment of the excitation amplitude is a hot spot at this moment for damage evaluation, being the current technique depending on the multiple signals acquisition. In this context, a new technique is proposed which allows a non-linear parameters extraction from a single reverberation signal. / Genovés Gómez, V. (2018). New non-destructive testing techniques based on mechanical waves: Development and application to damage characterization on non-homogeneus materials [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114799 / TESIS

Las viviendas de mampostería de adobe no resisten grandes esfuerzos de tracción o de corte, son frágiles y no adecuadas para zonas sísmicas (Arroyo, Catalan, & Sanchez, 2013). Este tipo de viviendas son ampliamente utilizadas por su bajo costo y muchas están construidas en zonas de alto peligro sísmico (Blondet, Vargas, Tarque, & Iwaki, 2011). Para estudiar el comportamiento sísmico de las viviendas de mampostería de adobe se realizan ensayos de laboratorio y modelos computacionales. De los ensayos se extraen los desplazamientos, fuerzas y patrones de agrietamiento. Para el modelo computacional se idealiza la estructura en un software y se valida con los resultados del ensayo. En el Perú se han realizado ensayos de simulación sísmica de modelos de vivienda de mampostería de adobe sin reforzamiento los cuales colapsaron bajo movimientos severos (Tarque, Camata, Spacone, Varum, & Blondet, 2014) (Torrealva & Vargas, 1984). En el caso de los ensayos realizados a modelos de vivienda reforzados no hubo colapso de la estructura. Para esta investigación se realizó un ensayo de simulación sísmica de un modelo de vivienda de mampostería de adobe reforzado con sogas. El objetivo de la tesis es estimar los desplazamientos y fuerzas en las sogas mediante un modelo computacional y validar los resultados con el ensayo de laboratorio. El modelo computacional se realizó en el programa ABAQUS de elementos finitos utilizando el modelo de daño y plasticidad que permite realizar el análisis dinámico no lineal de la mampostería de adobe. Se comparó las respuestas con el ensayo obteniendo hasta un error del 21% en los desplazamientos máximos y del 41% en las fuerzas máximas. Se tuvieron patrones de agrietamiento similares. / Adobe masonry houses do not resist large tensile or shear stresses, they are fragile and not suitable for seismic areas (Arroyo, Catalan, & Sanchez, 2013). These types of homes are widely used for their low cost and many are built in areas of high seismic danger (Blondet, Vargas, Tarque, & Iwaki, 2011). To study the seismic behavior of adobe masonry hoses, laboratory tests and computational models are carried out. The displacements, forces and cracking patterns are extracted from the tests. For the computational model, a idealized structure is build in a software and the behaviour results validated with the test. In Peru, seismic simulation tests of adobe masonry house models without reinforcement have been carried out, which collapsed under severe movements (Tarque, Camata, Spacone, Varum, & Blondet, 2014) (Torrealva & Vargas, 1984). In the case of the tests carried out on reinforced housing models, there was no collapse of the structure. For this investigation, a seismic simulation test was carried out on an adobe masonry house model reinforced with ropes. The objective of the thesis is to estimate the displacements and forces in the ropes using a computational model and validate the results with a laboratory test. The computational model was made in the ABAQUS program of finite elements using the damage and plasticity model that allows the nonlinear dynamic analysis of adobe masonry. The responses were compared with the laboratory test, obtaining up to an error of 21% in maximum displacements and 41% in maximum forces. Similar cracking patterns were had. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / Las diagonales de pandeo restringido son disipadores sísmicos compuestos por un núcleo de acero cubierto por un elemento que impide su pandeo. Esta condición permite que la histéresis asociada al elemento sea amplia, y con gran capacidad de disipar energía. Debido al elemento restrictor, no es posible hacer una inspección visual directa luego de un gran sismo, y toma importancia conocer los resultados de la identificación del sistema cuando las diagonales trabajan disipando energía. Para ello, se evalúa la respuesta no lineal con un modelo Bouc-Wen calibrado para representar Diagonales de Pandeo Restringido, en un sistema de un grado de libertad, y en un marco diseñado con estos elementos. Se usan registros sísmicos reales y de ruido blanco como aceleración basal. Los resultados obtenidos se procesan con tres técnicas de identificación lineal, ampliamente usadas: Espectro de Densidad de Potencia (PSD), Identificación en el SubEspacio Estocástico, SSI-COV, y Multivariable Output Error State Space, MOESP. Los registros se aplican primeramente para que los sistemas trabajen en respuesta lineal, y luego cada excitación es amplificada para obtener la respuesta en tres niveles de incursión no lineal. Se analizan la respuesta en frecuencia, amortiguamiento y formas modales. En el sistema de un grado de libertad se realiza un análisis de sensibilidad de los parámetros del modelo, variando la rigidez post-fluencia de la histéresis y la suavidad de la curva en la transición a la fluencia. En el marco se realiza un análisis sobre el marco modelado con diagonales bilineales, y otro cuyas diagonales son modeladas con histéresis suavizada. El resultado es que las técnicas de identificación detectan frecuencias cercanas a la elástica en todos los sistemas, que disminuyen a medida que se entra en el rango no lineal. El amortiguamiento aumenta con la incursión en el rango no lineal y presenta gran dispersión en su determinación. Para el caso del marco, este comportamiento es más significativo en los modos principales del sistema. Cuando se analizan las formas modales identificadas en el análisis del marco, la primera forma permanece sin grandes cambios, mientras que las otras formas exhiben mayores grados de dispersión. De cualquier manera, visualmente siguen siendo reconocibles, aunque en algunos casos se acoplen con otras formas modales. El parámetro del modelo Bouc-Wen que más influye en los cambios es el que controla la transición a la fluencia y la suavidad de la histéresis. Para pequeñas no linealidades y una ley bilineal, la identificación arroja resultados iguales a la que se obtiene de un sistema lineal. Todas las técnicas de identificación arrojan resultados consistentes entre sí, pero no indican en forma clara el grado de no linealidad alcanzado por el sistema.

Las medidas de complejidad son un conjunto de métodos estadísticos que permiten estimar la regularidad de un sistema. Estos métodos se basan en técnicas de análisis no lineal de forma que se pueda caracterizar un señal sin hacer asunciones implícitas de estacionariedad o ergocidad de la misma. Estos métodos se están aplicando ampliamente sobre señales biológicas debido a la naturaleza de las mismas. Las señales biológicas se caracterizan por ser irregulares, no lineales y variables en el tiempo, de forma que los métodos tradicionales de análisis lineal no consiguen caracterizar su comportamiento completamente. Estas medidas funcionan muy bien en la práctica, ya que consiguen extraer información de las señales que de otra forma no es posible. Entre otras capacidades, consiguen diferenciar estados patológicos, precedir la aparición de un ataque epiléptico o distinguir entre estados del sueño. Pero su aplicación presenta cierta controversia, ya que carecen de una caracterización que indique al usuario qué medida aplicar en función de las características del registro, cómo debe ser aplicada o incluso c´omo interpretar los resultados obtenidos. En este trabajo se ha propuesto abordar una caracterización de algunas de las medidas de complejidad de uso más común. Se muestra una caracterización de la entropía aproximada (ApEn), la entropía muestral (SampEn), la entropía en multiples escalas o multiescala (MSE), el análisis de fluctuaciones sin tendencias (DFA), la entropía cuadrada de R´enyi (RSE) y el coeficiente de entropía muestral (CosEn), ante situaciones en las que las señales han perdido muestras o cuya longitud es limitada. La pérdida de muestras es algo muy común en la actualidad, dónde la mayoría de los registros se hacen de forma ambulatoria y el espacio de almacenamiento es limitado (compresión de datos) o la transmisión se hace de forma inalámbrica, donde el canal puede presentar condiciones inestables o interferencias que causen la pérdida de muestras, bien de forma uniforme o aleatoria. La longitud limitada de los registros puede deberse, entre otras posibilidades, a que la toma de datos se ha realizado de forma manual o ´esta resulta incómoda para el paciente. Se presenta una caracterización paramétrica de las medidas para las señales de longitud reducidas y se proponen dos métodos de optimización no supervisada para el análisis de registros de corta duración con RSE o CosEn. Este trabajo muestra cómo las medidas de entropía consideradas, presentan un comportamiento similar ante una misma situación, conservando las capacidad de separabilidad entre clases, indepedientemente del registro biológico analizado, siempre y cuando la medida se use de forma correcta. SampEn se ha erigido como la medida más estable y de mayor aplicabilidad en registros de duración media (300<N <5000) cuando las señales pierden muestras, tanto de forma aleatoria, como uniforme manteniendo coeficientes de correlación cruzados por encima de 0.8 hasta un 70% de pérdidas. Si las señales presentan desviaciones estándar altas o gran variabilidad, se recomienda la aplicación de MSE ya que introduce un suavizado y decorrelaci´on de los patrones. En señales de corta duración (100 < N < 300) se recomienda el uso de DFA, ya que permite una caracterización de la complejidad de forma estable y robusta aunque con un coste computacional alto y la necesidad de realizar una inspección visual para determinar el número de coeficientes de escalado necesarios. Finalmente, en señales de muy corta duración (N < 100) se recomienda el uso de CosEn. Se han conseguido segmentar señales de HTA en humanos de apenas 55 muestras, algo muy novedoso, con mejores estadísticos que RSE. / Cirugeda Roldán, EM. (2014). Medidas de entropía en el procesado de señales biológicas: robustez y caracterización frente a pérdida de muestras y longitud de los registros [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39343 / Alfresco

La presente investigación, de carácter cualitativa y no experimental, tiene como objetivo optimizar el diseño estructural del proyecto Consultorios Médicos de la ciudad de Piura mediante un análisis no lineal, estático y dinámico, utilizando como herramienta principal el software Midas Gen. El trabajo parte de una actualización del diseño estructural a partir de lo estipulado en la norma E.030 – 2018, lo cual conllevó a la utilización de nuevas secciones, tales como vigas 30x50 y 30x60, así como columnas de 40x60 y de 60x30, con muros de 25cm de espesor en la dirección X y 20cm de espesor en la dirección Y. Luego, para dicha estructuración, se evaluó el comportamiento bajo el método Pushover, en donde se obtuvo un desplazamiento de 9.25 cm. para una cortante basal de 613.52 Tnf. y un desplazamiento de 7.54 cm. para una cortante basal de 684 Tnf., en las direcciones X e Y respectivamente, llegando a un nivel de desempeño de seguridad limitada (SP4); además, se realizó el análisis dinámico no lineal paso a paso, en donde se consideró el comportamiento histerético de los elementos bajo el modelo degradante de Takaeda y se utilizaron registros acelerométricos de los sismos de Lima de 1970, Pisco en el año 2007 y de Arequipa en el año 2018, los cuales fueron escalados al espectro objetivo de la Norma E.030, en donde las derivas máximas fueron obtenidas para el sismo de Lima con valores de 0.010 y 0.013 en las direcciones X e Y

El presente proyecto de tesis parte de la realización del diseño de una edificación de 5 pisos, donde se propone 2 estructuraciones, la principal diferencia entre estos es la ubicación del ascensor (centro y borde del edificio) y las dimensiones de los muros de corte. A las 2 estructuraciones se le hiso un análisis no lineal estático y dinámico con el propósito de mostrar las ventajas de usar este análisis avanzado en su desempeño sísmico. El procedimiento se hiso en base a la norma estadounidense ASCE 41-13, por lo que se empleó el método de los coeficientes de desplazamiento para hallar los punto de desempeño. El análisis se realizó en el programa ETABS v16, donde en los elementos frame como columnas y vigas se usó la plasticidad concentrada en rotulas y para los muros de corte la plasticidad es distribuida con el modelo de fibra. La norma E030 tiene como finalidad que la estructura no colapse ante una amenaza sísmica de diseño, se verifico que si se cumple este propósito a través de los resultados del análisis no lineal, pero su desempeño ante amenazas sísmicas de servicio y máximo no cumple necesariamente, es entendible porque la norma E030 no contempla estos objetivos, sin embargo se ha demostrado que se puede mejorar e incluso llegar a estas metas sin que necesariamente se hagan grandes cambios, además se observó que el ANLD es más exigente induciendo mayor esfuerzos y más variable a comparación del Pushover.

La tesis es de diseño no experimental y explicativa, tiene por objetivo la evaluación del desempeño estructural utilizando el análisis no lineal con fines de reforzamiento de la I.E. 10202 “Virgen de la Paz” – Pacora, usando como herramienta el software Etabs. Se inicia con el estudio del expediente técnico, seleccionando los módulos a evaluar, identificando materiales, secciones de elementos y sistemas estructurales. Con el Pushover se obtiene la curva de capacidad, el módulo 01 presenta una cortante última de 238.28 tn y desplazamiento de 15 cm y una cortante ultima de 471.78 tn y desplazamiento de 5 cm, en la dirección X e Y, llegando a un nivel de desempeño de resguardo de vida; el módulo 02 tiene una cortante de 357.48 tn y desplazamiento de 5 cm y una cortante 201.02 tn y desplazamiento de 13.5 cm, en la dirección X e Y, llegando a un nivel de desempeño operativo para el sismo máximo. Para el análisis dinámico no lineal se utilizó los registros sísmicos de Lima 1966, Lima 1974 y Pisco 2007, los cuales fueron escalados y compatibles con el espectro elástico que indica la Norma E.030, obteniendo una deriva promedio para el primer módulo de 0.012 y 0.004; y para el segundo módulo de 0.002 y 0.007 en las direcciones X e Y, mencionando que se asemejan mucho a las derivas obtenidas del Pushover. Concluimos que la estructura presenta un buen desempeño y no requiere ningún tipo de reforzamiento.

La presente investigación tiene como finalidad analizar el desempeño sísmico del módulo tipo 780 pre NDSR 1997 de dos niveles ubicado en lima Metropolitana con la normativa peruana sismorresistente E.030 1977-2019 y comparativa con E.030 2019 a una estructura de concreto armado y pórticos de acero aplicando arriostres de pandeo restringido en ambos sistemas. Evaluar cómo se desempeñan ambas estructuras, por medio del modelamiento para concreto armado y acero estructural, aplicando arriostres de pandeo restringido en ambos sistemas, para obtener las respuestas de las estructuras y evaluar los perfiles a utilizar. Se aplicó el análisis estático no lineal Pushover para identificar el punto de desempeño de los sistemas, se calculó la curva bilineal para obtener el punto de fluencia efectiva, para definir el tramo elástico e inelástico y sectorizar con los parámetros que brinda el comité Visión 2000, dando como resultado que el módulo tipo 780 con la norma E.030 de 2019, la estructura automáticamente tiende al colapso, mientras que comparando la estructura de concreto armado y acero, la última tiene un mejor desempeño.