La energía eólica es un recurso abundante, renovable, gratuito, y saludable para el medio ambiente; por esto quizás sea la fuente que sustente la mayor parte de las necesidades energéticas de la humanidad en el futuro. La capacidad eólica instalada en el mundo crece exponencialmente; tal es así que en algunos países el nivel de penetración de la energía eólica llega al 20%. El aerogenerador de eje horizontal es la máquina que genera la mayor parte de la energía eólica mundial. Dos sistemas fundamentales lo constituyen, el sistema eléctrico y el sistema mecánico. El sistema mecánico está formado básicamente por dos subsistemas: un sub-sistema de elementos aeroestructurales que permite convertir la energía eólica en energía cinética rotacional y un sub-sistema de transmisiones que permite ceder controladamente la energía del movimiento rotacional al generador eléctrico. El sostenimiento de la tasa de crecimiento en la producción energética ha sido logrado gracias a la constante evolución en el diseño de los aerogeneradores. Tal evolución ha requerido, y requerirá, el desarrollo de herramientas, métodos y tecnologías adaptables a los cambios conceptuales de diseño y a los nuevos escenarios en los cuales la máquina debe operar. En este marco, el presente trabajo pretende colaborar al desarrollo de herramientas computacionales que permitan simular el comportamiento del subsistema de elementos aeroestructurales de un aerogenerador de eje horizontal de grandes dimensiones. Para esto, asumiendo que el sub-sistema aeroestructural del aerogenerador está formado por la torre y el rotor, se desarrolla una formulación aeroelástica capaz de simular con exactitud geométrica el comportamiento de gran deformación al que se supone estarán sometidos los aerogeneradores modernos actuales y los del futuro. Tal desarrollo se basa en: la formulación de una teoría geométricamente exacta de vigas de material anisótropo, el desarrollo de un algoritmo que permita representar al mecanismo que une a los elementos del sub-sistema aeroestructural y el desarrollo de un algoritmo para determinar las cargas aerodinámicas que sea consistente con las hipótesis de la formulación estructural. La implementación computacional de los desarrollos mencionados se apoya en la utilización del método de elementos finitos y de la teoría de cantidad de movimiento del elemento de pala. / Wind power is a plentiful, renewable, free and environmentally healthy resource; thus, it may be the source that sustains most of the energy needs of the human kind in the future. The wind energy installed capacity of the world grows exponentially; the growth is such that in some countries the penetration level of the wind energy has reached the 20%. The horizontal axis wind turbine is the machine that generates most of the world wind energy. It is formed by two fundamental systems, the electric system and the mechanical system. The mechanical system is basically formed by two sub-systems; i) the sub-system of aero-structural elements, which converts the wind energy into rotational kinetic energy, and ii) the drive train sub-system, which controls the energy transference to the electric generator. The wind energy production growth rate has been sustained during the last 20 years thanks to the constant evolution in the design of the wind turbines. This evolution has required, and will require in the future, the development of tools, methods and technologies that can be adaptable to the design conceptual changes and the new scenarios in which the machine must operate. In this context, the present work intends to collaborate to the development of computational tools to simulate the behavior of the sub-system of aero-structural elements of large horizontal axis wind turbines. Assuming that this sub-system is formed by the tower and the rotor, it is developed an aeroelastic formulation capable of simulating with geometrical exactness the large deformation states to which modern wind turbines will be subjected. This development is based on: the formulation of a geometrically exact theory of anisotropic beams, the development of the motion equations for the mechanism that links the elements of the aero-structural sub-system and the formulation of the expressions to evaluate the aerodynamic loading, consistently with the geometric hypothesis of the structural theory. The computational implementation of the mentioned developments is based on the utilization of the finite element method and the blade element momentum method.

En regiones donde el recurso agua es escaso es necesario aumentar la productividad económica del agua, definida como el valor recibido por unidad de agua usada. Esto podría lograrse ya sea por un incremento en la productividad física del agua que lleve a generar más kg de grano/mm como por la producción de cultivos de valor más elevado. El objetivo general de esta tesis fue evaluar cultivos con precio diferencial por calidad de grano en cuanto a productividad física y económica del agua, y variables fisiológicas vinculadas, en dos suelos contrastantes en manejo de economía del agua. De modo de obtener las opciones más adecuadas para integrar a la rotaciones y mejorar la sustentabilidad de los sistemas agrícolas y mixtos de la región semiárida. Para cumplirlo se realizaron ensayos a campo durante tres campañas con diferentes especies y cultivares, tanto tradicionales como alternativos, con buenas perspectivas de productividad. Dichos ensayos se llevaron a cabo simultáneamente en dos suelos contrastantes, representativos de la región, que se encontraban bajo las mismas condiciones meteorológicas. Uno fue un Paleustol petrocálcico de textura franca y el otro un Ustipsamment típico de textura arenosa franca, con capa freática que fluctúa alrededor de los 3 m de profundidad. Además, se evaluó el efecto de la fertilización. Los cultivos elegidos fueron girasoles diferenciados por composición de ácidos grasos del aceite, trigos de grupo 1 y 3 de calidad industrial, cebada cervecera, colza y cártamo. Los mismos se compararon entre sí en términos productivos y económicos. Para lo cual se realizaron determinaciones de rendimiento, usos consuntivos, eficiencia de uso del agua, características fisiológicas e índices económicos. En términos generales, en el Ustipsamment hubo mayores dificultades de implantación de los cultivos, si bien una vez establecidos brindó las mejores condiciones de humedad ante el déficit hídrico, en parte por la influencia de napa, respecto al Paleustol. Allí la fertilización fue una práctica fundamental para mejorar la sustentabilidad. Los resultados para cada cultivo fueron altamente dependientes del tipo de suelo y las precipitaciones durante la campaña. En el caso del girasol, se comprobó mayor estabilidad de rendimiento de todos los genotipos en el Ustipsamment, así como ventajas productivas y económicas de los convencionales. En el Paleustol fue un cultivo riesgoso, aunque allí los genotipos diferenciados por calidad tienen más posibilidades de contar con ventajas económicas. De manera similar, los trigos presentaron más estabilidad en el suelo profundo, si bien en las campañas húmedas el Paleustol produjo más rinde manteniendo alta calidad y con ventaja comparativas de los cultivares grupo 1. La cebada y la colza, en cambio, mantuvieron mejor productividad en el Paleustol bajo las distintas condiciones climáticas. El cártamo fue el cultivo que manifestó menos diferencias entre suelos, constituyendo una alternativa interesante si se logran superar ciertas dificultades de implantación y comercialización. La información surgida de esta tesis puede ser utilizada para diversificar las rotaciones incorporando cultivos con mejor eficiencia en el uso de recursos, adecuados a los dos tipos de suelos más frecuentes de la región. / In areas where water resources are scarce the economic water productivity has to be improved, that means to increase the value received per unit of water used in production. This could be achieved either by an increase in physical water productivity which would lead to more kg of grains per mm of rainfall, or by producing crops with higher unit value. The general objective of this thesis was to evaluate crops with special value for grain quality as to physical and economic water productivity, as well as physiological variables that influence them, in two contrasting soils in water economy management. With the purpose of obtaining the most appropriate options to integrate rotations and improve the sustainability of the agricultural and mixed systems in the semiarid region. In order to achieve this goal field experiments were carried out during three years with different species and cultivars, both traditional and alternative, with promising conditions of productivity. These experiments were carried out simultaneously in two contrasting soils that are representative of the region, and which were in the same meteorological conditions. One was a loam-texture petrocalcic Paleustoll and the other a loamy sand typic Ustipsamment with a groundwater level around 3 m depth. Besides, in both soils the effect of fertilization was evaluated. The selected crops included sunflower cultivars with different fatty acid composition, group 1 and 3 industrial quality wheat crops, malting barley, canola and safflower. These crops were compared among each other in terms of productivity and economic returns, based on data of yield, water consumption, water use efficiency, physiological characteristics and economic indices. Generally, more problems with crop implantation were observed in the Ustipsamment, although, once these were established this soils provided better moisture conditions in droughts than the Paleustoll, partly due to the shallow water table. Furthermore, in this soil fertilization was a fundamental practice needed to improve the sustainability. The results for each crop were highly dependent of soil type and the rainfall during the season. For sunflower the Ustipsamment provided better yield stability for all genotypes, as well as productive and economic advantages. In the Paleustoll there was a higher risk associated to sunflower crops, although in this soil the differential-quality genotypes had more chance to achieve an economic benefit. Similarly, the wheat crops had higher stability in the Ustipsamment, although in the moister seasons yields were higher in the Paleustoll with higher quality and comparative advantages for the group 1 cultivars. Barley and canola, however, maintained higher productivity in this soil under different climatic conditions, while safflower showed least differences among soil types and thus presented an interesting alternative if certain difficulties for implantation and commercialization can be overcome. The information that emerged from this thesis can be applied to diversify rotations, incorporating crops with higher resource-use efficiency, adapted to both types of soils that are most frequently encountered in the region.